Санкт-Петербург, Полюстровский пр., 14 _
ОП ПИМаш
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Паспортизация кривошипного пресса
Цель работы: ознакомление студентов с конструкцией и принципом действия кривошипного пресса в процессе заполнения таблиц паспорта.
Паспорт является главным документом кривошипного пресса. В нем приводятся все технические характеристики пресса, его кинематическая, электрическая, пневматическая схемы, схема смазки, чертежи наиболее ответственных узлов и деталей. Даются также указания по монтажу, наладке и эксплуатации пресса, описывается работа пресса и работа отдельных узлов.
Паспорт кривошипного пресса служит основным источником информации для механиков, обслуживающих прессовое оборудование, конструкторов штамповой оснастки и технологов.
В сжатом виде паспорт кривошипного пресса можно представить, например, в форме таблиц, приведенных ниже.
Порядок выполнения работы
Последовательно заполнить графы таблиц, используя таблички, закрепленные на оборудовании, консультации преподавателя и проводя необходимые измерения.
Указания по заполнению граф листа №1:
1. В графе «Паспорт кривошипного пресса» укажите его модель.
2.Тип пресса: открытый, закрытый, одно- или двухстоечный, наклоняемый и т.д.
3.Назначение пресса: для листовой или объемной штамповки, универсальный или специализированный.
4. Место установки пресса: Лаборатория кафедры «Машины и технология обработки металлов давлением».
Паспорт кривошипного пресса
| Паспорт кривошипного пресса | Лист 1 | |||||
| 1. Инвентарный номер | ||||||
| 2. Тип | 3. Год выпуска | |||||
| 4. Завод - изготовитель | 5. Время пуска в эксплуатацию | |||||
| 6. Назначение пресса | 7. Место установки | |||||
| 8. Габариты | Высота Ширина Длина | мм мм мм | ||||
| 9. Общий вид пресса с фундамента | Основные параметры пресса | |||||
| 10. Номинальное усилие | кН | |||||
| 11. Ход ползуна | ||||||
| максимальный | мм | |||||
| минимальный | мм | |||||
| 12. Число ходов ползуна в мин. | ||||||
| 13. Регулировка длины шатуна | мм | |||||
| 14. Расстояние от стола до ползуна в его нижнем положении при максимальном ходе | мм | |||||
| 15. Выталкиватель | 16. Размеры штампового пространства | |||||
| тип | высота длина ширина | мм мм мм | ||||
| ход | мм | |||||
| 17. Расстояние между стойками станины | мм | |||||
| 18. Наибольший угол наклона станины | град | |||||
| 1. Схема расположения мест управления | Лист 2 |
| 2. Кинематическая схема пресса | |
| 1. Эскиз места крепления штампа к ползуну с основными размерами | Лист 3 | |||
| 2. Эскиз подштамповой плиты с основными размерами | 3. Эскиз винта шатуна с основными размерами | |||
| 4. Тип муфты | 6. Тип тормоза | |||
| 5. Схема действия муфты | 7. Схема тормоза | |||
| 8. Циклы хода | 9. Система смазки | |||
| 10. Предохранитель от перегрузок | 11. Ограждение рабочей зоны | |||
| Привод | ||||
| 12. Электродвигатель | Тип | Мощность | Число оборотов | |
| 13. Ремни | Эскиз сечения | Количество | ||
5. Габариты пресса: измерить рулеткой расстояния между крайними точками в трех измерениях (без электродвигателя).
6. Общий вид пресса: вычерчивают фронтальный или боковой вид пресса.
7. Число ходов ползуна определяют непосредственно подсчетом с использованием секундомера.
8. Размеры штампового пространства измеряют при крайнем нижнем положении ползуна и наименьшей длине шатуна.
Указания по заполнению граф листа №2
1. На схеме расположения органов управления показывают кнопки и переключатели с указанием их назначения.
2. На кинематической схеме кривошипного пресса должен быть показан привод, исполнительный механизм, элементы системы управления, стол пресса.
Указания по заполнению граф листа №3
1.На эскизе места крепления штампа к ползуну пресса проставить размеры паза для хвостовика штампа.
2.Эскиз подштамповой плиты с основными размерами дополнить эскизом сечения паза под винты крепления нижней плиты штампа.
3.В графе «Тип муфты» указать: фрикционная или жесткая, одно- или многодисковая, с поворотной шпонкой, кулачковая или пальцевая.
4.Дать сечение рабочей части муфты с необходимыми обозначениями.
5.Указать тип тормоза: ленточный, колодочный, дисковый, постоянного или периодического действия.
6. Циклы хода: единичный, автоматический.
7.Система смазки: централизованная, индивидуальная, циркуляционная, проточная, ручная, автоматическая.
8.Предохранитель от перегрузок: разрушающийся, самовосстанавливающийся и т.д.
9.Данные электродвигателя переписать с закрепленной на нем таблички.
10.Дать эскиз сечения ремня с указанием типа и длины.
Содержание отчета
По результатам работы оформляется отчет, содержащий заполненные листы паспорта пресса.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Определение кинематических параметров исполнительного механизма кривошипного пресса
Цель работы: экспериментальное и аналитическое определение кинематических параметров исполнительного механизма кривошипного пресса и сравнение полученных результатов.
Исполнительный механизм кривошипного пресса предназначен для преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение рабочего органа пресса – ползуна, с закрепленной на нем подвижной частью штампа. У подавляющего большинства прессов исполнительный механизм выполнен в виде кривошипно-ползунного четырехзвенника, входным звеном которого является кривошипный (а), коленчатый (б) или эксцентриковый (в) валы, передающие движение на ползун с помощью шатуна (см. рис. 2.1).
Валы вращаются в опорах О в станине пресса. Подвижное соединение шатуна с валом обеспечивается шарнирным соединением А цилиндрической формы, а с ползуном – цилиндрическим или сферическим шарниром В (см. рис. 2.1, г).
При вращении вала вокруг своей оси, шарнир А движется по круговой траектории, и его ось описывает окружность с центром в точке О радиусом R, называемым радиусом кривошипа.
Рис. 2.1. Кривошипно-ползунные исполнительные механизмы.
Угол поворота кривошипа 
изменяется от 
до 
. Его значение отсчитывается от положения кривошипа, соответствующего крайнему нижнему положению ползуна, причем отсчет ведут в направлении, противоположном реальному направлению вращения кривошипа.
Во время работы исполнительного механизма шатун совершает качательные движения. Его ось отклоняется от вертикали на угол 
. С кинематической точки зрения шатун характеризуется длиной L, равной расстоянию между осями шарниров А и В.
Движение ползуна характеризуется тремя кинематическими параметрами: перемещением ползуна S, скорость перемещения V и ускорением a. В течение цикла, соответствующего повороту кривошипа на , значения этих параметров изменяются с изменением величины угла .
Исходной точкой отсчета перемещения ползуна принято считать его крайнее нижнее положение, т.е. при 
, S=0. При повороте кривошипа на 
ползун достигает своего крайнего верхнего положения. Ему будет соответствовать наибольшее значение перемещения, называемое ходом ползуна.
Аналитические выражения, описывающие зависимости кинематических параметров ползуна от угла поворота для конкретного кривошипно-ползунного механизма имеют следующий вид:
. (1)
. (2)
, (3)
где 
- коэффициент длины шатуна;
- частота вращения вала, с-1.
Порядок выполнения работы
1.Измерить длину шатуна L и определить величину радиуса кривошипа R данного исполнительного механизма.
2.Частоту вращения вала рассчитать, используя данные паспорта пресса.
3.Выполнить расчет кинематических параметров по формулам (1), (2) и (3) в диапазоне значений угла поворота кривошипа 
с шагом 
.
4.По результатам расчетов построить графики зависимостей 
, 
и 
.
5.Опытным путем установить зависимость перемещения ползуна S от угла поворота кривошипа с шагом 
, для чего:
- по окружности обода маховика нанести мелом метки через ;
- с помощью муфты включения ввести в зацепление маховик с валом;
- поворачивая маховик в направлении против часовой стрелки (на себя) опустить ползун в крайнее нижнее положение;
- на неподвижной части пресса сделать отметку против одной из отметок на маховике и присвоить последней значение ;
- последовательно совмещая отметки на маховике с отметкой на станине, фиксировать положения ползуна по показаниям на линейке, закрепленной на направляющей ползуна станины. Опыт выполнить дважды. Полученные данные занести в таблицу.
На основании результатов построить график экспериментальной зависимости и сравнить его с графиком, построенным по результатам расчетов по формуле (1).
Используя графики экспериментальной зависимости , вычислить наибольшее значение скорости перемещения ползуна 
, учитывая:
,
где 
- наибольшее значение перемещения ползуна при повороте вала на ,
- время поворота вала на .
Полученное значение 
сравнить с расчетным.
Таблица 2.1
| № n/n |
| Показания линейки | Перемещения ползуна | ||
| Среднее | |||||
Содержание отчета
Отчет должен содержать пояснительную часть, результаты измерений и вычислений, графики изменения кинематических параметров ползуна в зависимости от угла поворота кривошипа, полученные расчетным и опытным путем, выводы о характере изменения этих параметров и сопоставимости расчетных и экспериментальных значений.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Определение величины крутящего момента на главном валу кривошипного пресса
Цель работы: освоение методики определения величины крутящего момента на главном валу кривошипного пресса.
Для того чтобы на ползуне пресса можно было обеспечить величину деформирующего усилия PD, требуемую для штамповки детали, к главному валу необходимо приложить соответствующий крутящий момент МКР.
Величина этого момента может быть определена на основании закона сохранения энергии. В идеальном кривошипно-ползунном механизме работа, совершаемая крутящим моментом 
при повороте вала на некоторый элементарный угол 
равна работе, совершаемой силой PD на соответствующем элементарном перемещении ползуна 
.
В реальном кривошипно-ползунном механизме величина крутящего момента МКР должна быть увеличена на некоторую величину 
, затрачиваемую на преодоление трения в шарнирах исполнительного механизма, т.е.:
.
Связь между крутящим моментом и усилием на ползуне описывается выражением: 
,
где 
- плечо крутящего момента.
В реальном кривошипно-ползунном механизме плечо представляет собой сумму плеча в идеальном механизме 
и плеча сил трения 
: 
.
Величина идеального плеча определяется величиной радиуса кривошипа R и изменяется с изменением угла поворота .
.
Величину плеча сил трения принимают постоянной, определяющейся только значением коэффициента трения и размерами поверхностей трения шарниров.
,
где f – коэффициент трения
При использовании консистентной смазки принимают 
, при использовании жидкой смазки 
.
Наибольшее значение крутящего момента 
соответствует номинальному усилию пресса РН, которое он может развивать при номинальном угле поворота 
. Для однокривошипных прессов простого действия принимают 
. Тогда 
.
Номинальную величину крутящего момента используют при прочностном расчете вала, расчете и выборе муфты включения, расчете зубчатых передач.
При эксплуатации кривошипных прессов возможно возникновение так называемого явления заклинивания. Оно возникает в том случае, когда ползун, в силу нарушений технологии, неправильной конструкции штампа или наладки пресса, не может пройти свое крайнее нижнее положение, а вал после отключения привода, не может повернуться в обратном направлении и таким образом разгрузить исполнительный механизм.
Заклинивание возможно не при всех углах поворота кривошипа, а только при углах, соответствующих условию:
.
Граничное заклинивание угла, соответствующее равенству плеч и называемое углом заклинивания 
можно определить по формуле:
.
При углах поворота кривошипа больших , заклинивание исполнительного механизма кривошипных прессов невозможно.
Порядок выполнения работы
1. Определить размеры поверхностей трения в шарнирах исполнительного механизма.
2. Рассчитать величину плеча сил трения .
3. Используя значения радиуса кривошипа R и коэффициента длины шатуна 
, рассчитать значения плеча для углов 
с шагом 
.
4. По результатам расчетов построить график зависимости 
.
5. Вычислить номинальное значение крутящего момента 
.
6. Вычислить значение угла заклинивания .
7. Используя график , определить границу зоны заклинивания и сравнить с результатами вычислений.
Содержание отчета
Отчет должен содержать пояснительную часть, результаты измерений и вычислений, график зависимости , выводы по работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
Определение допустимой величины усилия пресса
исходя из прочности главного вала
Цель работы: определение допустимого усилия на ползуне пресса исходя из прочности главного вала и освоение методики проверочного расчета главных валов кривошипных прессов.
В кривошипных прессах исполнительный механизм которых выполнен в виде кривошипно-ползунного четырехзвенника, усилие штамповки от ползуна полностью передается на главный вал. Поэтому прочность вала ограничивает величину усилия, которое может быть приложено к ползуну.
Главный вал кривошипного пресса работает в условиях циклического нагружения, при котором усилия, воспринимаемые валом, изменяются от максимальных значений на участке рабочего хода ползуна, до минимальных на участке холостого хода. При таком виде нагружения разрушение детали наступает при значительно меньших напряжениях, чем под действием постоянной нагрузки.
В силу этого, прочностной расчет валов в кривошипных прессах выполняют на усталостную прочность, и в качестве характеристики механических свойств материала вала в расчетах следует использовать предел выносливости 
, а не предел прочности.
Значения предела выносливости сталей, наиболее часто используемых для изготовления валов, приведены в табл. 4.1.
Разрушение деталей происходит по сечению, в котором при данной схеме нагружения, напряжения достигают наибольшей величины. Такие сечения являются опасными. У главных валов кривошипных прессов этим сечениям соответствуют поперечные сечения перехода между различными частями вала.
Таблица 4.1
Предел выносливости материалов вала при знакопеременном изгибе
| Марка стали | Диаметр вала, мм | Предел выносливости  , МПа
|
| £120 >120 | ||
| 40Х | £120 £200 >200 | |
| 40ХН | £200 >200 |
У кривошипного вала наиболее опасным сечением является сечение перехода шатунной шейки в опорную часть вала. У эксцентрикового вала – это сечение перехода от опорной части к эксцентрику, а у коленчатого – от опорной части к колену.
При выполнении проверочных расчетов главные валы рассматривают как балку на шарнирных опорах или на упругом основании, нагруженную крутящим моментом МКР, сосредоточенными силами деформирования заготовки 
и реакциями опор Q. При этом принимают, что точка приложения деформирующего усилия к коленчатому и эксцентриковому валам находится посередине шатунной шейки вала, а у кривошипного вала эта точка располагается на расстоянии 
длины шатунной шейки 
со стороны опоры.
Точка приложения реакции опоры у коленчатого вала находится на расстоянии 
от длины опоры 
, а у эксцентрикового и кривошипного на расстоянии от длинны опоры от ее края, обращенного к шатуну.
Схемы нагружения валов с односторонним приводом от маховика показаны на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Схема нагружения валов: а – эксцентрикового, б – коленчатого, в – кривошипного.
Действие крутящего момента МКР, активной и реактивных Q сил приводит к возникновению нормальных 
и касательных 
напряжений.
Возникновение нормальных напряжений в опасном сечении связано с изгибом вала под действием сил и Q.
Наибольшее значение этих напряжений:
(1)
где 
- момент сопротивления изгибу круглого сечения,
- диаметр вала в опасном сечении,
Мизг - изгибающий момент.
Величину изгибающего момента, действующего в опасном сечении, определяют по следующим формулам:
- для эксцентрикового вала
или 
;
- для коленчатого вала
или 
;
- для кривошипного вала
.
Касательные напряжения в опасном сечении возникают в результате упругого сдвига шатунной шейки относительно опоры вала под действием силы и в результате действия крутящего момента МКР. Сдвиговые касательные напряжения 
в описанном сечении коленчатого и эксцентрикового валов равны:
(2)
где 
- площадь опасного сечения.
В опасном сечении кривошипного вала величина этих напряжений равна:
(3)
Касательные напряжения от крутящего момента рассчитываются по формуле:
, (4)
где 
- полярный момент круглого сечения диаметром .
Величина крутящего момента в опасном сечении эксцентрикового и коленчатого валов в принятых ранее обозначениях описывается выражением:
(5)
Формула для крутящего момента в опасном сечении кривошипного вала имеет вид:
, (6)
где 
- эксцентриситет эксцентриковой втулки на шатунной шейке вала.
Проверочный прочностной расчет главного вала кривошипного пресса, номинальное усилие РН которого известно, заключается в расчете величины коэффициента запаса прочности 
относительно предела выносливости и сравнении его с регламентированным значением для данного типа машин.
При совместном действии нормальных и касательных напряжений, коэффициент запаса прочности определяют по формуле:
, (7)
где 
и 
- коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям;
и 
- наибольшие значения касательных и нормальных напряжений в опасных сечениях;
Рис. 4.2. Значения 
и 
для нормализованной стали 45 (а, б) и для улучшенной стали 40Х и 40ХН (в,г)
и 
- коэффициенты материала, позволяющие учесть масштабный фактор состояния поверхности детали, концентрацию напряжений.
Значения этих коэффициентов при расчете валов из наиболее часто используемых конструкционных сталей в зависимости от диаметра вала в опасном сечении для различных соотношений радиусов перехода r зоне опасного сечения к его диаметру, могут быть определены по графикам, приведенным на рис. 4.2.
Тогда формулы для определения коэффициента запаса прочности будут иметь вид:
- для коленчатого вала
; (8)
- для эксцентрикового вала
; (9)
- для кривошипного вала
, (10)
где kЭ – коэффициент эквивалентной нагрузки, учитывающий неравномерность нагружения детали в течении всего ресурса работы (табл. 4.2).
Вал отвечает требованиям по прочности, если рассчитанное значение коэффициента запаса равно или превышает регламентированное значение 
(табл. 4.2).
Формулы (8), (9) и (10) могут быть использованы для определения допустимого усилия на ползуне исходя из прочности главного вала. Для этого символы усилия Р и коэффициента запаса прочности меняют местами и при расчете подставляют регламентированное значение .
Таблица 4.2
Коэффициент запаса прочности и коэффициента эквивалентной нагрузки kЭ главных валов кривошипных прессов
| Тип пресса | Регламентированные значения коэффициентов | |
|
| kЭ | |
| Универсальные пресса | 1,3...1,4 | 0,8 |
| Пресс-автомат | 1,5...2,0 | 1,0 |
| Горячештамповочные пресса | 2,0 | 1,0 |
| Горизонтально-ковочные машины | 2,0 | 1,0 |
Порядок выполнения работы
1. Начертить эскиз главного вала пресса с основными размерами и схему нагружения с указанием опасного сечения.
2. Определить размеры шарниров исполнительного механизма.
3. Измерить эксцентриситеты вала и эксцентриковой втулки регулировки хода ползуна.
4. Измерить длину шатуна.
5. Рассчитать величину допустимого усилия на ползуне исходя из прочности данного вала при различных углах поворота кривошипа. Результаты расчетов занести в табл. 4.3 и построить график 
.
6. Для одного из значений 
определить наибольшие значения нормальных и касательных напряжений.
Таблица 4.3
Усилия на ползуне допускаемые прочностью главного вала при различных углах поворота кривошипа
| |||||||||
| , кН
|
Содержание отчета
Отчет должен содержать пояснительную часть, схему нагружения вала с указанием опасного сечения, действующих сил и моментов, расчет величины допустимого усилия и все промежуточные расчеты величин, входящих в формулу для определения , график зависимости , расчет напряжений в опасном сечении.
К отчету должен быть приложен эскиз вала с основными размерами.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
Проверочный прочностной расчет шатуна однокривошипного пресса
Цель работы: овладение методикой прочностного расчета шатуна однокривошипного пресса.
В исполнительном механизме кривошипного пресса шатун является звеном, соединяющим главный вал с ползуном. В шатуне выделяют три основных части: большую головку, образующую шарнир, соединяющий шатун шатунной шейкой главного вала, тело шатуна и малую головку, образующую шарнирное соединение шатуна с ползуном.
В открытых одностоечных прессах, у которых используют главный вал кривошипного типа, большую головку шатуна выполняют цельной. В прессах с эксцентриковым ил коленчатым валом, большая головка шатуна выполняется составной, имеет крышку, которая крепится к телу шатуна с помощью болтов или шпилек. Малая головка шатуна выполняется цельной и может быть цилиндрической или сферической формы.
Наиболее распространенным типом шатунов являются шатуны изменяемой длины, позволяющие в широких пределах регулировать размеры штампового пространства. У таких шатунов его тело соединятся с ползуном с помощью винта, оканчивающегося сферой.
Тело шатуна и крышку большой головки изготавливают литьем из чугуна CЧ24-44 или стали 35Л, винт шатуна – из стали 45У.
Для уменьшения потерь на трение и устранения возможности задиров в шарнирных соединениях, образуемых головками шатуна, используют вкладыши и опоры из антифрикционных материалов – различных марок бронз, алюминиевых сплавов и чугуна.
Усилие штамповки, воспринимаемое ползуном, передается через сферическую малую головку на стержень винта и, далее, через резьбу на тело шатуна и через нижнюю часть большой головки на шатунную шейку вала.
При выполнении прочностного расчета шатуна однокривошипного пресса за расчетное усилие Р принимают номинальное усилие пресса РН, двухкривошипного – 0,63¸0,75 РН, четырехкривошипного – 0,35 РН.
Проверочный прочностной расчет шатунов заключается в определении напряжений в различных сечениях шатуна и удельных усилий на контактных поверхностях в шарнирах и сравнении их с допустимыми значениями.
Давление на вкладыши большой головки шатуна 
рассчитывают по формуле: 
,
где 
и 
- внутренний диаметр и ширина вкладыша из антифрикционного материала.
Давление в шарнире, соединяющем шатун с ползуном 
определяют по формуле:
,
если поверхность контакта – сферическая, и по формуле:
,
если поверхность контакта – цилиндр.
Здесь 
- радиус малой головки, 
и 
- внутренний диаметр и длина втулки.
Допустимые значения удельных усилий для некоторых антифрикционных материалов приведены в табл. 5.1.
Во время штамповки в поперечных сечениях тела шатуна возникают нормальные напряжения 
, складывающиеся из нормальных напряжений сжатия 
, вызванных действием усилия штамповки, и нормальных напряжений от изгибающего момента 
.
Тело шатуна отвечает требованиям прочности, если
,
где 
- допустимые значения нормальных напряжений. Для шатунов из серого чугуна СЧ24-44 =750МПа, для шатунов из стали 45 =250 МПа.
Напряжения сжатия:
,
где 
- площадь рассматриваемого поперечного сечения.
Напряжения изгиба:
,
где МИЗГ и 
- изгибающий момент и момент сопротивления изгибу в сечении х-х.
Возникновение изгибающего момента обусловлено наличием сил трения в шарнирах и вызванного этим обстоятельством отклонением направления действия силы Р по шатуну от его продольной оси на угол 
.
,
где х – расстояние от оси малой головки до рассматриваемого сечения x-x.
,
где L – длина шатуна, равная расстоянию между осями большой и малой головок.
Характер распределения величины изгибающего момента по длине шатуна показан на рис. 5.1.
Момент сопротивления изгибу W зависит от формы поперечного сечения. Для стержня винта шатуна, имеющего в сечении круг диаметром d,
.
Рис. 5.1. Эпюра изгибающего момента, действующего на шатун.
Для учета цикличного характера нагружения, шатуны проверяют на выносливость, для чего рассчитывают величину коэффициента запаса прочности относительно предела выносливости.
,
где 
- предел выносливости, (для стали 45 =250МПа, для 40Х =320МПа),
-масштабный фактор (для шатунов из стали =0,9; из серого чугуна =0,4),
- коэффициент, учитывающий качество поверхности; при 
=600МПа, =0,65, при =800МПа, =0,5, при =1000МПа, =0,45.
- коэффициент концентрации напряжений, для места перехода шатуна в головку =1,6; для стержня =1,2.
Регламентированные значения коэффициента запаса прочности для шатуна 
.
Передача усилия от вала на тело шатуна происходит через витки резьбы. При этом в витках возникают напряжения смятия на поверхности контакта 
, напряжения среза 
и напряжения от изгиба витка .
Величина этих напряжений зависит от вида и параметров резьбы и количества витков, воспринимающих расчетное усилие. Превышение допустимых значений этих напряжений приводит к разрушению витков резьбы.
Длина резьбовой части винта шатуна и минимально допустимое количество витков резьбы, которое должно оставаться в теле шатуна исходя из требований прочности, определяют диапазон регулирования высоты штампового пространства.
Минимально допустимое количество витков резьбы определяется по формулам:
- при расчете на смятие
;
- при расчете на срез
;
- при расчете на изгиб
.
В этих формулах d0, d1, S и hP – наружный и внутренний диаметры, шаг и высота профиля резьбы (см. рис. 5.2);
k – коэффициент профиля резьбы; для треугольной k=0,87, для трапецеидальной k=0,65, для прямоугольной k=0,5;
- коэффициент неравномерности распределения нагрузки по виткам резьбы, 
.
Допустимые значения напряжения для резьбы винта шатуна из стали 45 
МПа, 
МПа, 
=55 МПа.
Порядок выполнения работы
1. Начертить эскиз тела шатуна и винта с указанием основных размеров.
2. Выполнить проверочный расчет шарниров шатуна на максимальное усилие, допустимое прочностью вала, и выбрать материал вкладыша большой головки и опоры малой головки.
3. Выполнить проверочный расчет резьбы винта шатуна. рассчитать минимально допустимое количество винтов в резьбе, которое должно оставаться в теле шатуна и диапазон регулирования высоты штампового пространства.
4. Выполнить проверочный расчет стержня винта шатуна. Построить эпюру изгибающих моментов. Определить напряжения в опасном сечении.
5. Выполнить проверочный расчет винта шатуна на выносливость.
Рис. 5.2. Параметры резьбы винта шатуна
Содержание отчета
Отчет должен содержать пояснительную часть, эскиз тела и винта шатуна с основными размерами, проверочные расчеты шарниров, резьбы и стержня винта шатуна, выводы о выборе антифрикционного материала для шарниров шатуна и диапазоне регулирования высоты штампового пространства.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
Управление паровоздушным молотом. Построение индикаторных диаграмм. Расчет параметров молота
Цель работы: изучить схемы управления, построить теоретическую индикаторную диаграмму и рассчитать основные параметры и шток молота.
1. Управление молотом
В молотах двойного действия энергоноситель попеременно поступает в нижнюю и верхнюю полости рабочего цилиндра. Регулирование подачи пара или воздуха обеспечивается золотником (рис. 6.1, 6.2).
Рис. 6.1. Паровоздушный штамповочный молот:
1 – шабот, 2 – стойка, 3 – баба, 4 – шток, 5 – рабочий цилиндр.
Наглядную работу энергоносителя можно проследить по индикаторной диаграмме, на которой по горизонтальной оси откладывается перемещение поршня, а на вертикальной – давление энергоносителя в цилиндре. Действительные индикаторные диаграммы получают с использованием специальных приборов, установленных на молоте [1, 2, 3].
На рис. 6.3 приведена теоретическая индикаторная диаграмма. Диаграмма построена только для нижней полости рабочего цилиндра.
Рис. 6.2. Цилиндрический золотник:
а – нижнее положение золотника, б – верхнее положение золотника.
Свежий пар (воздух) поступает в нижнюю полость цилиндра и на диаграмме соответствует участку впуска Hm, в дальнейшем «отсекается» доступ свежего энергоносителя в нижнюю полость рабочего цилиндра, что соответствует участку расширения пара (воздуха) Hm. На участке ( 
)Hm происходит движение поршня вниз до момента открытия нижнего отверстия для выпуска отработанного газа.
Далее свежий энергоноситель начинает поступать в верхнюю полость цилиндра, а из нижней отработанный – в выхлопную трубу. На участке ( )Hm продолжается выхлоп газа, давление Р1 не меняется. На участке ( 
)Hm нижнее отверстие цилиндра перекрыто и, при движении поршня вниз оставшийся энергоноситель в нижней полости сжимается и давление растет. 
Рис. 6.3. Работа энергоносителя в нижней полости цилиндра
Принятые обозначения:
Hm – наибольший ход поршня; S1 – верхняя площадь поршня; S2=0,8S1 – нижняя площадь поршня; Р – давление свежего энергоносителя; Р1 – давление отработанного энергоносителя; Р0 – давление наружной атмосферы; 
Hm – высота нижнего вредного пространства ( 
); 
Hm – высота верхнего вредного пространства ( 
).
2. Методика построения диаграммы:
2.1. В соответствии с заданием выбирается масштаб, вычерчиваются оси координат и наносятся значение Р, Hm, Hm, Hm, 
Hm.
2.2. Находят точки Рв1, pкн, а1, [a1].
; отрезки а1в=[а1]а1
2.3. Из а1 в в1 проводят главную кривую, точка с1 находится из условия PV=const ( PВ1gHm=PС1 
Hm).
2.4. На основе экспериментальных данных линия выпуска совпадает с прямой de (давление Р1).
Р1=1,5Р01 (Р1 давление в выпускной трубе, Р01=1,2Р0).
Линия e1e – плавная кривая.
2.5. Точка f находится из условия PV=const. Плавная кривая пересекает линию Р и образует петлю с превышением давления Р на 0,1 - 0,2 МПа.
Аналогично строят предположительную индикаторную диаграмму работы энергоносителя в верхней полости цилиндра.
3. Расчет основных параметров
При расчетах задаются следующие параметры Am, m, Hm, R, P, P1. Основные расчетные данные определяются из работы энергоносителя и силы тяжести при перемещении движущихся частей молота.
Уравнение движения рабочих частей вниз:
,
где РВ, РН – давление на нижнюю и верхнюю поверхности поршня;
m – масса падающих частей;
R – сила трения.
Уравнения движения рабочих частей вверх:
.
Примем, что начальное значение результирующей силы, действующей на поршень равно 0, т.е. падающие части находятся в равновесии (момент отрыва верхнего бойка):
Из этого уравнения можно найти S1, приняв S2=0,8S1, R=0,1mg.
Работу пластической деформации АПЛ находят из уравнения движения рабочих частей вниз (РВ=РВ1, РН=Р1).
Скорость падающих частей перед ударом
4. Объем работы
4.1. В соответствии с индивидуальным заданием построить индикаторную диаграмму.
4.2. Определить размеры поршня, цилиндра, штока.
4.3. Вычислить скорость падающих частей.
4.4. Рассчитать прочность штока по следующей методике:
,
,
,
где Е – модуль упругости ( 
МПа);
v – скорость бабы в момент удара;
a – скорость распространения упругой волны (5200 м/с);
Gn, Gш – массы поршня и штока, кг;
m1, m2 – массы падающих частей и шабота, кг;
k – коэффициент восстановления удара (0,3...0,5);
d – диаметр штока, м;
lш, lб – длины штока и бабы, м, (lб=0,5...0,7Hm);
Hm – максимальный ход бабы, м;
J – момент инерции сечения штока, м4, ( 
);
- зазор между направляющими и бабой ( 
м);
- находят из справочника.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
Паспортизация и определение основных параметров пневматического ковочного молота
Цель работы: ознакомление с устройством, работой молота в различных режимах и методикой расчета основных параметров.
I. Оборудование. Работа выполняется на пневматическом ковочном молоте модели М4129А.
1.1. Основные технические данные.
Энергия удара – 1555 Дж,
Номинальная масса падающих частей – 80 кг,
Число ударов в минуту – 220,
Ход бабы (наибольший) – 365 мм,
Скорость падающих частей в момент удара – 6,15 м/с,
Высота над уровнем пола – 1900 мм,
Рациональное сечение заготовки Æ 80; ÿ60 мм,
Мощность электродвигателя – 7,5 кВт,
Число оборотов в минуту – 960,
1.2. Общий вид молота (лист 1 п.16).
1.3. Планировочный габарит (лист 1 п.36).
II. Работа молота [1, 2, 3]
Молот работает с помощью воздуха, подвергаемого попеременному сжатию и разрежению при возвратно-поступательном движении поршня компрессора. Поршень компрессорного цилиндра приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом от электродвигателя через ременную передачу. Для управления молотом имеются верхний и нижний краны, а средний служит для перевода компрессора на холостой режим. Число ударов молота равно числу оборотов кривошипного вала.
Молот может осуществлять следующие режимы работы: автоматические последовательные удары, удерживание бабы на весу, прижим поковки, холостой ход. Схема механизма воздухораспределения и положения кранов при различных режимах работы молота изображены на листе 2 п.1.
1. Холостой ход. Нижняя и верхняя полости компрессора работают на выхлоп в атмосферу, при этом рычаг управления А занимает вертикальное положение, рычаг среднего крана В повернут в сторону О (открыт), отлитой на крышке крана. Цикл применяется при пуске молота и в кратковременные режимы ожидания нагретых заготовок.
2. Удерживание бабы на весу. Цикл является переходным от цикла «холостой ход» и достигается поворотом рычага среднего крана на 1800 в сторону буквы З (закрыт). При этом средний кран перекрывает выходное отверстие М нижней полости компрессорного цилиндра, из которой через окна нижнего крана воздух нагнетается в камеру К обратного клапана и отжимает его, затем по вертикальному каналу Л воздух идет в нижнюю полость рабочего цилиндра и поднимает бабу вверх.