43203

Синтез и расчёт кулисного механизма

Курсовая

Производство и промышленные технологии

В механизмах привода поперечно строгальных станков используется механизм, обеспечивающий главное возвратно-поступательное движение резания. Основная масса механизмов использующихся в данных станках это кулисные механизмы. Они обеспечивают заданную скорость рабочего хода и повышенную скорость холостого хода. Расчёт и проектирование данных механизмов является важным этапом в образовании инженера. В курсе предмета «Теория машин, механизмов и манипуляторов» получаются навыки расчёта механизмов машин. Комплексным подходом к закреплению полученных знаний является выполнение курсового проекта по данному курсу. В курсовом проекте осуществляется синтез и расчёт кулисного механизма, построение и расчёт зубчатого зацепления и кулачкового механизма. При выполнении работы используются все знания, полученные за курс предмета.

Русский

2013-11-04

631 KB

49 чел.

EMBED MSWordArt.2 \s

EMBED MSWordArt.2 \s

EMBED MSWordArt.2 \s

EMBED MSWordArt.2 \s

EMBED MSWordArt.2 \s

Изм

Содержание

 

Введение           4

1 Синтез и анализ рычажного механизма      5

1.1 Структурный анализ механизма               5

1.2 Определение недостающих размеров      6

1.3 Определение скоростей точек механизма     7

1.4 Определение ускорений точек механизма     8

1.5 Диаграммы движения выходного звена     9

1.6 Определение угловых скоростей и ускорений    9

1.7 Определение скоростей и ускорений центров масс звеньев  10

1.8 Аналитический метод расчёта механизма     10

2 Силовой расчет рычажного механизма      13

2.1 Определение сил тяжести и сил инерции     13

2.2 Расчет диады 4-5         14

2.3 Расчет диады 2-3         14

2.4 Расчет кривошипа         15

2.5 Определение уравновешивающей силы Рур методом рычага

      Жуковского          15

2.6 Определение мощностей        16

2.7 Определение кинетической энергии и приведенного момента

     инерции механизма         16

3 Геометрический расчет зубчатой передачи. Проектирование

   планетарного механизма        18

         3.1 Геометрический расчет зубчатой передачи     18

3.2 Проектирование планетарного редуктора     19

3.3 Определение частот вращения аналитическим методом                     21

3.4. Определение частот вращения графическим методом                       22

4 Синтез и анализ кулачкового механизма     23

4.1 Построение диаграмм и определение масштабных коэффициентов 24

4.2 Минимальный радиус кулачка       24

4.3 Построение профиля кулачка       25

4.4 Определение максимальной скорости и ускорения толкателя  25

Список использованной литературы      26

Введение

В механизмах привода поперечно строгальных станков используется механизм, обеспечивающий главное возвратно-поступательное движение резания. Основная масса механизмов использующихся в данных станках это кулисные механизмы. Они обеспечивают заданную скорость рабочего хода и повышенную скорость холостого хода. Расчёт и проектирование данных механизмов является важным этапом в образовании инженера.

В курсе предмета «Теория машин, механизмов и манипуляторов» получаются навыки расчёта механизмов машин. Комплексным подходом к закреплению полученных знаний является выполнение курсового проекта по данному курсу. В курсовом проекте осуществляется  синтез и расчёт кулисного механизма, построение и расчёт зубчатого зацепления и кулачкового механизма. При выполнении работы используются все знания, полученные за курс предмета.

1  Синтез и анализ рычажного механизма

Исходные данные:

Ход ползуна: Н= 250 мм;

Коэффициент производительности: К=1,37;

Межосевое расстояние: О1О2 = 320 мм;

Сила полезного сопротивления: Qпс = 1750 Н;

Частота вращения кривошипа: nкр= 65 мин -1;

Схема механизма (Рис. 1).

Рис. 1.1 – Схема механизма

  1.  Структурный анализ механизма

Степень подвижности механизма :

  ;

где к=5 – число подвижных звеньев,

p1=7 – число одноподвижных кинематических пар,

p2=0 – число двухподвижных кинематических пар.

Разложение механизма на структурные группы Асура :

Формула строения механизма:

I(0;1)→ II2(2;3)→II2(4;5)

Механизм II класса , второго порядка.

  1.  Определение недостающих размеров механизма

Неизвестные размеры кривошипа и кулисы определяем в крайних положениях механизма. Крайними положениями являются положения, в которых кулиса касается кривошипной окружности.

Угол размаха кулисы:

.

Длина кривошипа:

Длина коромысла:

   Длину шатуна:

.

Строим 12 планов механизма, приняв за начало отсчёта крайнее положение, соответствующее началу рабочего хода механизма.

Масштабный коэффициент длин Кl:

 


1.3  Определение скоростей

Расчёт скоростей выполняется для третьего положения.

Частота вращения кривошипа: nкр = 78 мин-1.

Угловая скорость кривошипа:

где ω1 – угловая скорость кривошипа, рад/с.

Скорость точки А:       

Масштабный коэффициент скоростей:

Из системы векторных уравнений определяем скорость точки :

Значение скоростей из плана скоростей

Скорость точки В определяем по свойству подобия:

Из системы векторных уравнений определяем скорость точки С:

Значение скоростей из плана скоростей

Значения скоростей для 12 положений сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Значения скоростей

Скорость

Величина скорости, м/с

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0,45

0,45

0,45

0,45

0,45

0,45

0,45

0,45

0,45

0,45

0,45

0,45

0,84

0,56

0,194

0,196

0,56

0,84

0

0,8

0,33

0,32

0,81

0

0,76

1,2

1,37

1,38

1,19

0,76

0

1,12

2,19

2,19

1,125

0

0,67

1,13

1,35

1,397

1,238

0,81

0

1,198

2,47

2,12

1

0

1.4 Определение ускорений

Расчёт ускорений выполняется для третьего положения.

Ускорение точки А кривошипа:

Масштабный коэффициент ускорений:

Пересчётный коэффициент:

Из системы векторных уравнений определяем ускорение точки  кулисы:

Расчёт корриолисового и нормального ускорений:

Вектора корриолисового и нормального ускорений на плане ускорений:

Значения ускорений точки  на плане ускорений:

Ускорение третьей точки кулисы В определяем по свойству подобия:

Система уравнений ускорения точки С:

Определяем нормальное ускорение:

Вектор нормального ускорения на плане ускорений:

Значение ускорения точки В на плане ускорений:

Значения ускорений для 12 положений сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Значения ускорений

Ускорение

Величина ускорения, м/с2

1

3

5

7

9

11

12

aA

7,8

7,8

7,8

7,8

7,8

7,8

7,8

a A1

5,3

1,9

3,1

7,8

5,2

4,5

7,8

aB

9

2,8

4,8

14,9

12,7

9,8

15

aс

8,2

2,4

4,4

16

10,4

10,2

15,5

1.5 Диаграммы движения выходного звена

Диаграмма перемещения S-t строится, используя полученную из плана механизма траекторию движения точки В.

Масштабные коэффициенты диаграмм:

1.6 Определение угловых скоростей и ускорений

Угловые скорости и ускорения звеньев механизма определяем в 1-ом положении.

1.7Опредление ускорений центров масс звеньев механизма.

Ускорение центров масс звеньев определяем из планов ускорений:

2 Силовой анализ рычажного механизма

Исходные данные:

Масса кулисы m3=10 кг;

Масса кулисы m4=5 кг;

Масса ползуна m5=30 кг;

Сила полезного сопротивления Qпс=1800 Н.

Схема механизма (Рис. 5).

Рис. 5 – Расчётная схема механизма

2.1 Силы тяжести и силы инерции

Силы тяжести:

Силы инерции:

 Центральные моменты инерции шатунов:

Главные моменты сил инерции шатунов:

Момент M4 заменим результирующей силой , приложенной в точке Т4 звена на расстоянии h4 от линии действия :

                                           

2.2 Расчёт диады 4,5

Составляем уравнение равновесия диады 4-5

R50 + Q + U5 +G5 + U4 +G4 + Rt43 + Rn43 = 0

т.к. в уравнении 3 неизвестных, составляем уравнение моментов относительно точки С:

Строим план сил диады 4-5 в масштабе

Длины векторов определим из формул:

Из плана сил определяем реакции

R50 = R50 Кр = 147,9 10 = 11479 Н

Rn43 = Rn43  Кр = 237,2 10 = 2372 Н

R43 = R43  Кр = 238,7 10 = 2387 Н

2.3 Расчёт диады 2,3

Выделяем из механизма диаду 2,3. Нагружаем её силами G3, U3 и реакциями R34 = - R43, R21, R30.

Под действием этих сил диада 2,3 находится в равновесии.

Уравнение равновесия диады 2,3:

Анализ уравнения:

G3   = 98,1 H;

U3   = 45 H;

R34 =  2387 Н.

Уравнение содержит три неизвестные, поэтому составляем дополнительно уравнение моментов сил относительно точки O2 и находим силу R21:

Выбираем масштабный коэффициент сил:

Вектора сил на плане сил:

Значение силы на плане сил:

   ;

2.4 Расчёт кривошипа

Уравнение равновесия кривошипа
Реакция R12 известна и равна по величине, но противоположна по направлению реакции R21 . Уравнение имеет 2 неизвестные.  

Выбираем масштабный коэффициент сил:

Значения сил на плане сил:

2.5 Рычаг Жуковского
Строим повёрнутый на 900 план скоростей, прикладываем к нему все внешние силы, действующие на механизм.
Уравнение моментов относительно полюса Pv и определяем Pу:

Погрешность расчёта силы Ру:

  1.  Определение мощностей

Потери мощности в кинематических парах:     

Потери мощности на трение во вращательных парах:

где - коэффициент

      - реакция во вращательной паре,

      - радиус цапф.

Суммарная мощность трения

Мгновенно потребляемая мощность

Мощность привода, затрачиваемая на преодоление полезной нагрузки.

2.7 Определение кинетической энергии механизма

Кинетическая энергия механизма равна сумме кинетических энергий входящих в него массивных звеньев.

Приведенный момент инерции


3 Проектирование зубчатого зацепления. Синтез планетарного редуктора

3.1 Геометрический расчет равносмещенного зубчатого зацепления

Исходные данные:

Число зубьев на шестерне     

Число зубьев на колесе          

Модуль                                    

Угол профиля рейки         

Коэффициент высоты  головки зуба

Коэффициент радиального зазора       

Суммарное число зубьев колес

Поскольку , то проектируем неравносмещенное зубчатое зацепление.

Коэффициент смещение

Угол зацепления

 

Делительное межосевое расстояние

Начальное межосевое расстояние

Коэффициент воспринимаемого смещения

Коэффициент уравнительного смещения

Высота зуба

Высота головки зуба

Высота ножки зуба

Делительный диаметр

Основной диаметр

Начальный диаметр

Диаметр вершин

Диаметр впадин

Толщина зуба по делительному диаметру

Начальная толщина зуба

Угол профиля по окружности вершин

Толщина зуба по окружности вершин

Делительный шаг

Шаг по основной окружности

Начальный шаг

Радиус галтели

Коэффициент перекрытия

Погрешность определения коэффициента зацепления:

где ab и p находим из чертежа картины зацепления.

1. Масштабный коэффициент построения картины зацепления.

 

3.2. Синтез планетарного редуктора

Исходные данные:

Модуль

Частота вращения вала двигателя

Частота вращения кривошипа

Числа зубьев

Знак передаточного отношения – «+»

Номер схемы редуктора №1 (рис. 6 ).

Рис. 6 – Редуктор

Редуктор

  1.  Передаточное отношение простой передачи

  1.  Общее передаточное отношение редуктора

  1.  Передаточное отношение планетарной передачи

  1.  Формула Виллиса для планетарной передачи

5. Передаточное отношение обращенного механизма, выраженное в числах зубьев.

Представим полученное отношение в виде

  1.  Подбор чисел зубьев

Выбираем числа зубьев

7. Условие соосности

Условие соосности выполнено

8. Делительные диаметры

9. Угловая скорость вала двигателя

10. Линейная скорость точки A  

11. Масштабный коэффициент Kv

12. Масштабный коэффициент построения плана редуктора

               3.3 Определение частот вращения

                                                              

Масштабный коэффициент плана частот вращения

Частоты вращения, полученные графическим способом.

n5= n4 =(0-5)Kn= 11,6710=116,7 мин-1

n6=(0-6)Kn= 7,5810=75,8мин-1

n3=n2=(0-2)Kn= 1420 10= 14200  мин-1

Определение погрешностей

4. Синтез и анализ кулачкового механизма.

Исходные данные:

1. Максимальный угол давления,

2. Частота вращения кривошипа,  

3. Максимальный ход толкателя,

4. Рабочий угол кулачка,

5. Тип толкателя,   а.

Исходная диаграмма движения толкателя:

          

                                              Тип толкателя:

          

                 

4.1 Построение кинематических диаграмм и определение масштабных коэффициентов.

По заданному графику  скорости толкателя V = f(t), прямым интегрированием по методу хорд получаю график перемещения, и прямым дифференцированием график ускорения толкателя.

где h – максимальный подъем толкателя;

– максимальная ордината графика соответствующая заданному подъему толкателя, мм.

Масштабный коэффициент времени:

        где  – рабочий угол кулачка;

     – частота вращения кулачка;

– длина отрезка на оси абсцисс графика, изображающая время поворота кулачка на рабочий угол.

Масштабный коэффициент скорости толкателя:

где KS – масштабный коэффициент перемещения;

     Kt – масштабный коэффициент времени;

Масштабный коэффициент ускорения толкателя:

где KV – масштабный коэффициент скорости;

     Kt – масштабный коэффициент времени;

Базы интегрирования: H1=  40 мм, H2=40 мм.

4.2 Определение минимального радиуса и построение профиля кулачка.

Для построения профиля кулачка принимаем масштаб кинематической схемы механизма равной,

KS= 0.002 м/мм.

Выбор минимального радиуса кулачка

Минимальный радиус кулачкового механизма выбираю из условия выполнения заданного угла давления α=30°.

Для этого строю совмещённый график   К полученному графику провожу две касательные под углом давления  α=30°.

Точка пересечения касательных образует зону выбора центров вращения кулачка. Соединив выбранную точку с началом графика, получаю значение минимального радиуса кулачка .

Значение минимального радиуса центрового профиля кулачка с графика :

Радиус ролика:

Минимальный радиус действительного профиля кулачка:

  Построение профиля кулачка

Построение профиля кулачка произвожу методом обращённого движения.

Масштабный коэффициент построения:

В выбранном масштабе строю окружность радиуса  Откладываю фазовый рабочий угол  Делю этот угол на 8 частей. Через точки деления провожу оси толкателя в обращённом движении. Для этого через точки деления провожу касательные к окружности радиуса дезаксиала е=0мм. Вдоль осей толкателя от окружности минимального радиуса откладываю текущие перемещения толкателя в выбранном масштабе. Соединив полученные точки, имеем центровой профиль кулачка. Обкатывая ролик по центровому профилю во внутрь, получаю действительный профиль кулачка.

4.3 Определение максимальных значений скорости и ускорения толкателя

Максимальное значение скорости толкателя:

Максимальное значение ускорения толкателя:

Список использованных источников

1 Артоболевский И.И. Технология машин и механизмов. М.: Наука, 1998. –720с.

2 Кожевников С.И. Технология машин и механизмов. М.: Машиностроение,

1989. – 583с.

  1.  Кореняко А. С. Курсовое проектирование по технологии машин и механизмов. Киев, Вища школа, 1970. – 330с.
  2.  Машков А.А. Технология машин и механизмов. Мн.: Высшая школа, 1967. – 469с.
  3.  Филонов И.П. Технология машин и механизмов. Мн.: Дизайн ПРО, 1998. – 428с.
  4.  Фролов К.В. Технология машин и механизмов. М.: Высшая школа, 1998. – 494с.

EMBED MSWordArt.2 \s

EMBED MSWordArt.2 \s

EMBED MSWordArt.2 \s

EMBED MSWordArt.2 \s

EMBED MSWordArt.2 \s

Лист.

докум.

Подп.

Дата

Лит.

Лист     Листов

  3            31

       

       

Синтез и анализ

рычажного механизма

02

 

Разраб.

Пров.

Н.контр.

Утв.

ммММммиссааапрМмМПАНШгщнпщгнммарппррае

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10875. Фанера та ДВП в конструюванні обєктів технологічної діяльності 17.94 KB
  Привітання з класом. Концентрація уваги учнів та перевірка їх наявності. Організація та перевірка готовності учнів до роботи, наявності спецодягу, створення позитивної емоційної атмосфери, призначення чергових, перевірка присутності учнів.
10876. ДВП та фанера, їх використання в конструюванні обєктів технологічної діяльності 74.5 KB
  Тема. Фанера та ДВП в конструюванні об’єктів технологічної діяльності. Мета: ознайомити учнів з різними видами конструкційних матеріалів видами та породами дерев особливостями їх будови характерними ознаками способами заготівлі та одержання пиломатеріалів знач
10877. Електромонтажі інструменти 157.5 KB
  Тема. Електромонтажі інструменти. Мета: сформувати в учнів поняття про розвивати політехнічний світогляд виховувати відповідальність за результат роботи. Ключові поняття: електрична схема умовне позначення електричний патрон вилка штепсельна штепсельна
10878. Призначення та будова вимірювальних та розмічальних інструментів 36.5 KB
  Тема Призначення та будова вимірювальних та розмічальних інструментів. Мета: навчальна: сформувати уявлення про призначення та будову вимірювальних інструментів. Прийоми розмічання за шаблоном. Відомості про припуски на обробку. Виховна: виховувати старанність і
10879. Оздоблення виготовлених виробів. Випалювання на деревині. Лакування (фарбування) виробу Практична робота 65.5 KB
  Тема уроку: Оздоблення виготовлених виробів. Випалювання на деревині. Лакування фарбування виробу Практична робота. Мета уроку. Засвоєння знань про види оздоблення виробів з фанери принцип дії приладу для випалювання на деревині; формування прийомів випалювання на ...
10880. Знаряддя праці для ручної обробки метеріалів різанням 73.5 KB
  Знаряддя праці для ручної обробки метеріалів різанням. Технологічний процес пиляння. Мета: сформувати в учнів поняття про процес різання та уявлення про технологію пиляння фанери і ДВП; розвивати політехнічне мислення; виховувати культуру праці. Ключові поняття: р
10881. Художнє конструювання. Прорізне різьблення. Пірографія 35.5 KB
  Тема. Художнє конструювання. Прорізне різьблення. Пірографія. Мета: сформувати уявлення про процес створення виробу процес проектування та його основні етапи із художнім конструюванням як складовою процесу проектування; розвивати вміння застосовувати графічні в...
10882. Історія і сучасна релігійна ситуація в Україні 149 KB
  Дохристиянські (язичницькі) вірування та світогляд давніх українців є важкодосліджуваними, оскільки всі письмові свідчення сучасників про них належать християнським авторам, які вороже ставилися до язичництва або замовчували його існування. Проте язичництво дожило до наших днів — у народних піснях