Проектирование и анализ кулачкового механизма

3.cdw

5 положение.cdw

кулачок (3).cdw

4 положение.cdw

Положения звеньев механизма

ТММ 5111Все положения.cdw

Планы положений механизма
НФ НИТУ МИСиС гр-24з

ТММ положение 9.cdw

пояснилка11111111.docx

сМинистерство образования и науки РФ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский технологический университет
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по теории машин и механизмов
на тему: Проектирование анализ и синтез механизмов по заданным схемам
TOC o "1-3" h z u Задание PAGEREF _Toc419835979 h 3
Введение PAGEREF _Toc419835980 h 4
Структурный анализ механизма PAGEREF _Toc419835981 h 6
Кинематический анализ механизма PAGEREF _Toc419835982 h 9
1 Построение 6 положений механизма PAGEREF _Toc419835983 h 9
2 Построение плана скоростей PAGEREF _Toc419835984 h 10
3 Построение плана ускорений PAGEREF _Toc419835985 h 13
Синтез кулачкового механизма с роликом PAGEREF _Toc419835986 h 15
Заключение PAGEREF _Toc419835987 h 24
Список использованной литературы PAGEREF _Toc419835988 h 25
Одной из ведущих отраслей современной техники является машиностроение. По уровню развития машиностроения судят о развитии производительных сил в целом. Прогресс машиностроения в свою очередь определяется созданием новых высокопроизводительных и надежных машин. Решение этой важнейшей проблемы основывается на комплексном использовании результатов многих дисциплин и в первую очередь теории механизмов и машин.
Теория механизмов и машин – наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и проектировании их схем.
Качество создаваемых машин и механизмов в значительной мере определяется полнотой разработки и использования методов ТММ. Чем более полно будут учтены при построении механизмов и машин критерии производительности надежности точности и экономичности тем совершеннее будут получаемые конструкции.
В проекте требуется спроектировать и произвести кинематический динамический и кинетостатический расчет механизма пресс-автомата двойного действия.
Сенной пресс - устройство для прессования сена в тюки. Различают сенные прессы передвижные пресс-подборщики и стационарные. По принципу работы сенные прессы подразделяются на камерные (передвижные и стационарные) и рулонные (передвижные). Прицепные камерные пресс-подборщики которые подбирают сено из валков прессуют его в тюки прямоугольной формы одновременно автоматически обвязывая их проволокой и сбрасывают тюки на поле.
Рабочие органы машины приводятся в действие от вала отбора мощности трактора. Этими пресс-подборщиками прессуют сено при влажности до 25% в тюки длиной 80—90 см шириной 50 см и высотой 36 см. Стационарный моторный камерный сенной пресс применяют для прессования сена и соломы из скирд в тюки с ручной вязкой их мягкой проволокой. Рабочие органы сенного пресса приводятся в действие от двигателя мощностью 18—20 квт или от шкива отбора мощности трактора. Сенной пресс прессует сено в тюки длиной 75—85 см шириной 45 см и высотой 35 см. Рулонный пресс-подборщик скручивает слой сена в рулон диаметром 30—50 см длиной 85 см. Рабочие органы его приводятся в действие от вала отбора мощности трактора.
Сенной пресс-подборщик: 1 — пресс; 2 — вязальный аппарат; 3 — упаковщики; 4 — приемная камера; 5 — главная передача; 6 — ходовая часть; 7 — подборщик; 8 — прицепное устройство; 9 — карданная передача от вала отбора мощности трактора.
Структурный анализ механизма
Выходное звено - называется звено которому сообщается движение преобразуемое механизмом в требуемое движение других звеньев. Выходным звеном называется звено совершающее движение для которого предназначен механизм. Остальные звенья называются соединительными или промежуточными.
Движущим (ведущим) называют звено для которого элементарная работа внешних сил приложенных к нему является положительной. Ведомым называется звено для которого элементарная работа внешних сил приложенных к нему является отрицательной или равна нулю.
Проектируемый механизм представляет собой механизм сенного пресса
Рисунок 1 – Схема рычажного механизма
Механизм состоит из:
Таблица 1. Звенья механизма
Классификация кинематических пар механизма приведена в таблице 1.2
Таблица 1.2 Классификация кинематических пар
Кинематический анализ механизма
1 Построение 6 положений механизма
Таблица SEQ Таблица * ARABIC 1. Исходные данные
Приняв на чертеже отрезок ОА=40 мм находим масштабный коэффициент :
l=lОАОА=0340=00075 ммм
Определяем размеры остальных звеньев по формуле:
AB=10200075=136 мм BC=04500075=60 мм CD=04200075=56 мм
AC=0600075=80 мм O1D=02200075=30 мм O1E=05200075=70 мм
x=05700075=76 мм y=05800075=78 мм
AS2=03AB=03136=40.8 мм CS4=05CD=28 мм
В принятом масштабе вычерчиваем схему механизма. Для построения 6 положений звеньев механизма разделим траекторию описываемую точкой А кривошипа на 6 равных частей. Построение планов положений начинаем с изображения шарнирно-неподвижных опор и направляющих. Далее последовательно изображаем ведущие звенья в заданных положениях и структурные группы звеньев. Положения подвижных характерных точек определяются методом засечек.
2 Построение плана скоростей
Рассмотрим подробно построение плана скоростей для положения №2.
Находим скорость точки А:
VA=1 lOA=60×03=18 мс.
Из полюса плана скоростей р откладываем отрезок ра=72 мм изображающий вектор скорости точки А. Направление скорости точки А указывает направление угловой скорости 1 .
Подсчитываем масштабный коэффициент скоростей:
V= VАра=1872=025 мсмм
Для определения скорости точки В раскладываем ее движение на поступательное вдоль горизонтальной прямой и вращательное вокруг точки А. Через точку А проводим линию перпендикулярную АВ а через полюс р- горизонтальную прямую до их пересечения в точке b. Векторы pb и ab изображают искомые скорости VB и VАВ:
VB=pb V =52025=13 мс
VAB=ab V=372 025=93мс
Скорость точки S2 звена 2 определяем используя теорему подобия:
AS2=03AB=>as2=03ab=0.393=279 мм
Откладываем на векторе ab отрезок as2 и соединяем полюс ρ и s2 получаем вектор скорости точки S2 :
VS2= ρs2 V=64025=16 мс
Находим скорость точки D: точка D вращается вокруг неподвижной точки О1 поэтому через полюс p проводим линию перпендикулярную DО1 а через точку с – линию перпендикулярную DC до пересечения их в точке d. Вектор ρd изображает скорость точки D:
Скорость точки S4 звена 4 определяем используя теорему подобия:
Соединяем полюс ρ и середину отрезка cd получаем вектор скорости точки S4 :
ρs4 =36 мм => VS4=ρs4V=32025=8 мс
Находим угловые скорости звеньев:
=VBAВА=9282102=91 радс
=VCDСD=1449042=345 радс
Точка E движется вокруг неподвижной точки О1 поэтому ее скорость равна:
VE=5EO1=432052=26 мс
Отрезок изображающий вектор скорости точки Е pe=VEV=26025=104 мм откладываем перпендикулярно DE в направлении противоположном скорости точки D.
Значения скоростей для остальных положений звеньев механизма приведены в таблице 2.
Таблица SEQ Таблица * ARABIC 2. Значения скоростей.
3 Построение плана ускорений
Рассмотрим подробно построение плана ускорений для положения № 2.
Ускорение точки А равно нормальной составляющей aAn которая направлена по линии ОА к центру О.
aA=aAn=lOA12=03602=1080 мс2
Из точки - полюса плана ускорений – откладываем вектор изображающий ускорение точки А в виде отрезка a=30 мм.
Подсчитываем масштабный коэффициент ускорений :
a=aAa=108060=18 мс2мм
Находим ускорение точки В: через полюс проводим горизонтальную прямую а через точку a- прямую перпендикулярную AB. На пересечении этих прямых получаем точку b соединяем полюс и b:
aB=ba=20118=3621 мс2
Для расчета ускорения точки S2 звена 2 используем теорему подобия :
AS2=03AB=>as2=03ab=0354=162мм
Откладываем на векторе ab отрезок as2 и соединяем полюс и точку s2 получаем ускорение точки S2 :
aS2=s2a=49618=8928 мс2
Определяем ускорение точки D: через полюс проводим прямую параллельную DO1 а через точку с- прямую параллельную DC до их пересечения в точке d. Соединяя полюс и d получаем ускорение точки D:
Для расчета ускорения точки S4 звена 4 используем теорему подобия:
СS4=0.5СD=>сs4=0.5сd
Соединяем полюс и середину cd получаем ускорение точки S4:
aS4=s4a=38618=6948мс2
Значения ускорений для остальных положений звеньев механизма приведены в таблице 3.
Таблица 3. Значения ускорений.
Синтез кулачкового механизма с роликом
Кулачковым называется трехзвенный механизм с высшей кинематической парой входное звено которого называется кулачком а выходное - толкателем (или коромыслом). Кулачковые механизмы предназначены для преобразования вращательного или поступательного движения кулачка в возвратно-вращательное или возвратно-поступательное движение толкателя. При этом в механизме с двумя подвижными звеньями можно реализовать преобразование движения по сложному закону. Важным преимуществом кулачковых механизмов является возможность обеспечения точных выстоев выходного звена. Это преимущество определило их широкое применение в простейших устройствах цикловой автоматики и в механических счетно-решающих устройствах (арифмометры календарные механизмы). Кулачковые механизмы можно разделить на две группы. Механизмы первой обеспечивают перемещение толкателя по заданному закону движения. Механизмы второй группы обеспечивают только заданное максимальное перемещение выходного звена - ход толкателя. При этом закон по которому осуществляется это перемещение выбирается из набора типовых законов движения в зависимости от условий эксплуатации и технологии изготовления. По типу толкателя: с плоским толкателем с роликовым с игольчатым с остроконечным. По характеру движения толкателя: возвратно-поступательное качающееся. По характеру движения кулачка: возвратно-поступательное качающееся вращающееся.
Кулачковые механизмы с роликовым толкателем бывают: дезаксиальные (ось кулачка не под толкателем) центральные (ось кулачка под толкателем
Исходные данные для решения задачи:
- схема кулачкового механизма представлена на рисунке 2;
- исходные данные представлены в таблице 4.
Таблица 4. Исходные данные
Sφ''=4Smaxφп2 0≤φ≤φп2 -4Smaxφп2 φп2≤φ≤φп 0 φпφφп+φвв -4Smaxφo2 φп+φвв≤φ≤φп+φвв+φо2 4Smaxφo2 φп+φвв+φо2 ≤φ≤φп+φвв+φо
Подставляем исходные данные и получаем следующие выражения:
Sφ''=00066116 0≤φ≤27.5°- 00066116 27.5°≤φ≤55°0 55°≤φ≤55°-00066116 55°≤φ≤82.5°00066116 82.5°≤φ≤115°
Проинтегрируем уравнение на каждом участке.
Для первого участка 0≤φ≤275° после интегрирования получим
Постоянная интегрирования С1 определиться из начальных условий φ0=0 Sφ'=0.
Аналог скорости толкателя в конце первого участка
Sφ'=00066116*275=0181819 мс
Следовательно для второго участка начальные условия примут вид: φ0=275° Sφ'=0181819.
Для второго участка 275°≤φ≤55° после интегрирования найдем
Постоянную интегрирования C1' найдем из начальных условий φ0=275 Sφ'=0181819
Аналог скорости толкателя в конце второго участка
Следовательно для третьего участка начальные условия примут вид: φ0=55° Sφ'=0.
Для третьего участка 55°≤φ≤60° после интегрирования найдем
Постоянная интегрирования C1'' определиться из начальных условий φ0=55° Sφ'=0
Аналог скорости толкателя в конце третьего участка
Следовательно для четвертого участка начальные условия примут вид: φ0=60° Sφ'=0.
Для четвертого участка 60°≤φ≤875° после интегрирования найдем
Sφ'=-00066116φ+ C1'''
Постоянная интегрирования C1'''определиться из начальных условий φ0=60° Sφ'=0
Аналог скорости толкателя в конце четвертого участка
Следовательно для пятого участка начальные условия примут вид: φ0=875° Sφ'=-018181815
Для пятого участка 875°≤φ≤115° после интегрирования найдем
Sφ'=00066116φ+ C1''''
Постоянная интегрирования C1'''' определиться из начальных условий φ0=875° Sφ'=-018181815
-018181815=0578515+C1''''
Окончательно выражение для определения аналога скорости примет вид:
Sφ''=00066116φ 0≤φ≤275°- 00066116φ+0363638 275°≤φ≤55°0 55°≤φ≤60°-00066116φ+0396696 60°≤φ≤875°00066116φ-0396697 875°≤φ≤115°
Проинтегрируем полученное уравнение на каждом участке.
Для первого участка 0≤φ≤275° после интегрирования получим
Постоянная интегрирования С2 определиться из начальных условий φ0=0 Sφ=0.
Перемещение толкателя в конце первого участка определится
Sφ=00033058*2752=25 мм
Следовательно для второго участка начальные условия примут вид φ0=275 Sφ=25 мм .
Sφ=- 00033058φ2+0363638φ+C2'
Постоянную интегрирования C2' найдем из начальных условий
Перемещение толкателя в конце второго участка
Следовательно для третьего участка начальные условия примут вид φ0=55 Sφ=5
Постоянную интегрирования C2''найдем из начальных условий φ0=55 Sφ'=5
Перемещение толкателя в конце третьего участка
Следовательно для четвертого участка начальные условия примут вид φ0=60 Sφ=5
Sφ=- 00033058φ2+0396696φ+C2'''
Постоянную интегрирования C2'''найдем из начальных условий φ0=60 Sφ'=5
Перемещение толкателя в конце четвертого участка
Следовательно для пятого участка начальные условия примут вид φ0=875 Sφ=25
Для пятого участка 875°≤φ≤120° после интегрирования найдем
Sφ=00033058φ2-0396697φ+C2''''
Постоянную интегрирования C2''''найдем из начальных условий φ0=875 Sφ'=25
Окончательно выражение для определения перемещения толкателя примет вид:
Sφ''=00066116φ2 0≤φ≤275°- 00066116φ2+0363638φ- 5 275°≤φ≤55°0 55°≤φ≤60°- 00066116φ2+0396696φ- 5 60°≤φ≤875°00066116-0396697φ+119 875°≤φ≤115°
Углы поворота кулачка соответствующие подъему и опусканию толкателя делим на 8 равных частей.
Рассчитываем Sφ'' Sφ' Sφ для различных значений φ и Результаты расчетов сводим в таблицу 5.
Таблица 5. Параметры кулачкового механизма
Определяем Roи по формуле:
где S’ и S взяты при φ=φп2 так как при этом значении R0 будет максимальным.
Центровой профиль кулачка рассчитываем в полярных координатах по формулам:R =S2+R02-2SR0R02-l2= 2146254мм и =φ± (-0)
Выбираем радиус ролика из условия r≤04R0. Принимаем радиус r=5мм
Величину радиуса - вектора и полярный угол αп рассчитываем по формулам
cos=S'отн2+R2-(S'φ)22RS'отн
S'отн=S'φ2+R2-2S'Rφcos
α=arcosR2+RП2-r22RRп
Определяем полярные координаты профиля кулачка при угле φ=0°
S'отн=176 мм cos=1 Rп=126 мм
Для остальных положений результаты расчетов сводим в таблицу 5.
Построение центрового профиля из точки О1 проводим окружность радиусом R0. т начального радиуса- вектора в сторону противоположную вращению кулачка откладываем углы α1α2 и т.д. на сторонах которых отмечаем соответственно радиусы R1R2 и т.д. Центровой профиль кулачка на участках соответствующих верхнему и нижнему выстоям толкателя очерчиваем по дугам окружностей с радиусами R8 и R0. Точки А1 А8 и А9 А17 соединяем плавной кривой.
Используя графические и расчетно-графические методы анализа курса ТММ были получены данные исходя из которых можно сделать следующие выводы:
Данный механизм преобразует вращательное движение кривошипа в поступательное движение ползуна и в ходе структурного анализа был рабочий ход ползуна равный 06 м.
С помощью плана скоростей и ускорений были определены величины и направления линейных скоростей и ускорений точек угловых скоростей и ускорений звеньев. Максимальную линейную скорость имеет звено точка Е в положении 3 и оно равно 422 мс максимальную угловую скорость имеет звено 5 и оно равно 811 радс. Максимальное линейное ускорение имеет точка D в положении 1.
Во второй части работы был произведен синтез кулачкового механизма а именно: был спроектирован кулачковый механизм; по заданной диаграмме ускорений построены диаграммы скорости и перемещения коромысла при этом использовался метод графического интегрирования; определен начальный радиус кулачка Ro равный 126 мм и высота подъема ролика равная 5 мм; построен центровой и рабочий профиль кулачка.
Результаты проектирования можно использовать для создания опытного образца механизма.
Список использованной литературы
Смелягин А.И. Теория механизмов и машин. М.: ИНФРА-М 2008
Курсовое проектирование по теории механизмов и машин Под ред. Г.Н. Девойно –Мн.: Высш. шк. 1986.
Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. – М. Высш. шк. 1990.
Левитская О.Н. Левитский Н.И. Курс теории механизмов и машин.-М.:Высш.шк.1985
Попов С.А. Тимофеев Г.А. курсовое проектирование по теории механизмов и машин. –М.:Высш.шк.1998.
Теория механизмов и машин и механика машин Под ред. К.В.Фролова. – М .: Высш.шк.1998.

6 положений.......................................cdw

ТММ положение 3.cdw

3 положение.cdw

Положения звеньев механизма

6 положение.cdw

ТММ положение 5.cdw

ТММ положение 1.cdw

ТММ Алексей.docx

Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский технологический университет
Кафедра Оборудования металлургических предприятий
по дисциплине: «Теория машин и механизмов»
Тема курсового проекта: «Проектирование механизма качающегося конвейера»
Руководитель: Гавриш П.В.
Структурный анализ механизма ..5
Кинематический анализ механизма 7
1 Построение планов положений исследуемого механизма качающегося конвейера .. ..7
Построение планов скоростей и ускорений 10
1 Построение планов скоростей и определение действительных значений
2 Определение ускорений точек и угловых ускорений звеньев .. 14
Проектирование кинематической схемы планетарного редуктора и эвольвентного зацепления..17
1.Расчет и проектирование кинематической схемы планетарного редуктора 17
2Геометрический расчет зубчатой передачи 1-2.19
Расчет кулачкового механизма.20
Использованная литература .24
Одной из ведущих отраслей современной техники является машиностроение. По уровню развития машиностроения судят о развитии производительных сил в целом. Прогресс машиностроения в свою очередь определяется созданием новых высокопроизводительных и надёжных машин. Решение этой важнейшей проблемы основывается на комплексном использовании результатов многих дисциплин и в первую очередь теории механизмов и машин.
Теория механизмов и машин - наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и проектировании их схем.
Качество создаваемых машин и механизмов в значительной мере определяется полнотой разработки и использования методов ТММ. Чем более полно будут учтены при построении механизмов и машин критерии производительности надёжности точности и экономичности тем совершеннее будут получаемые конструкции.
В данном курсовом проекте требуется произвести кинематический расчёт кривошипно-шатунного двухступенчатого двухцилиндрового механизма воздушного компрессора.
Выполнение анализа проектируемого механизма а также в разработке его кинематической схемы обеспечивающей с достаточным приближением воспроизведение требуемого закона движения.
В данной задаче проводится анализ кривошипно-шатунного механизма. Строятся графики ускорений скоростей.
Кинематический анализ любого механизма состоит в определении:
крайних (мертвых) положений станка;
положений звеньев включая и определение траекторий отдельных точек;скоростей и ускорений характерных точек звеньев по известному закону движенияначального звена (обобщенной координаты).
Кинематический анализ механизмов проводят аналитическими и графическими методами. В курсовом проекте (работе) по ТММ расчеты выполняют обоими методами параллельно. Полученные; результаты непременно сравнивают между собой. Погрешность расчетов должна лежать в пределах 5 7 %. Если погрешность превышает допустимые пределы то надо искать ошибку или увеличивать масштаб графической части проекта.
На первом этапе исследования закон движения начального звена механизма не известен. Он определится только после анализа динамики механизма. Поэтому при предварительном кинематическом анализе механизма вместо скоростей и ускорений точек звеньев определяют их аналоги которые не зависят от времени а являются функциями обобщенной координаты. Для нахождения аналогов скоростей и ускорений необходимо найти крайние положения механизма и решить задачу о положениях отдельных точек и звеньев механизма.
Структурный анализ механизма
Твердое тело входящее в состав механизма называется звеном механизма. Звенья бывают подвижные и неподвижные. Неподвижные это те звенья относительно которых ведется изучение движения других звеньев эти звенья называются стойками. Из подвижных звеньев выделяют выходные и входные.
Выходное звено - называется звено которому сообщается движение преобразуемое механизмом в требуемое движение других звеньев.
Выходным звеном называется звено совершающее движение для которого предназначен механизм. Остальные звенья называются соединительными или промежуточными.
Движущим (ведущим) называют звено для которого элементарная работа внешних сил приложенных к нему является положительной. Ведомым называется звено для которого элементарная работа внешних сил приложенных к нему является отрицательной или равна нулю.
Подвижное соединение двух звеньев называется кинематической парой. По числу наложенных связей они подразделяются на пары с 1 по 5 класса.
Основные виды звеньев механизма
Условное обозначение
Возвратно- поступательное
Кинематический анализ механизма
Размеры звеньев рычажного
Частота вращения кривошипа
1 Построение планов положений исследуемого механизма качающегося конвейера
Изображение кинематической схемы механизма в выбранном масштабе соответствующее определенному положению начального звена называется планом механизма.
План механизма должен быть построен в определенном чертежном масштабе. Под масштабом физической величины понимают отношение численного значения физической величины в свойственных ей единицах измерения к длине отрезка в миллиметрах изображающего эту величину.
Масштаб длин для плана механизма есть отношение какой-либо длины в метрах к отрезку изображающему эту длину на чертеже в миллиметрах.
Изображение кинематической схемы механизма соответствующее определенному положению начального звена или начальных звеньев для механизмов с несколькими степенями свободы называется планом механизма.
Построение планов положения звеньев проводим следующим образом.
Выбираем место расположения стойки начального звена и соблюдая принятые обозначения вычерчиваем ее.
Произвольно выбираем чертёжный размер начального звена. Раствором циркуля равным выбранному размеру проводим тонкой линией траекторию движения начального звена (кривошипа).
Для выполнения построения планов механизма выбираем масштабный коэффициент длин определяемый по формуле:
- ОААО = 00990 = 0001 ммм
где ОА - действительная длина звена ОА м; ОА - изображающий её отрезок на чертеже мм.
В соответствии с формулой
АВ = ав = 0150001=150 мм
где АВ - чертежная длина звена АВ мм; АВ - действительная длина звена АВ м; - масштабный коэффициент
находим чертежные размеры всех остальных звеньев механизма.
Наносим на чертеж все кинематические пары которыми механизм присоединяется к стойке.
Тонкими линиями наносим все остальные известные (заданные) траектории движения звеньев и отдельных точек.
Откладываем на траектории движения начального звена углы начального и конечного положения кривошипа. Тонкой линией изображаем кривошип в этих положениях.
Начиная от начального положения разбиваем траекторию движения обобщенной координаты на двенадцать равных участков. Тонкой линией прорисовываем кривошип и его кинематические пары во всех этих положениях.
С помощью циркуля-измерителя начиная от кривошипа который находится в начальном положении используя метод засечек последовательно откладываем чертежные размеры звеньев механизма с учетом их траектории движения. Тонкими линиями прорисовываем звенья и кинематические пары. В результате получаем план положения механизма.
Аналогично строим планы для других положений механизма. По указанию преподавателя одно наиболее полно исследуемое положение механизма на плане положений должно быть изображено жирными линиями.
Строим траектории промежуточных точек звеньев. Для этого находим и отмечаем на звеньях во всех положениях искомые точки а затем соединяем их в порядке последовательности плавной кривой. Полученные кривые и будут искомыми траекториями точек.
Чертёжные размеры звеньев
Построение планов скоростей и ускорений
Планом скоростей (ускорений) называют рисунок на котором в масштабе изображены векторы равные по модулю и направлению скоростям (ускорениям) различных точек звеньев механизма в данный момент времени. План скоростей (ускорений) построенный для исследуемого положения механизма - это совокупность нескольких планов скоростей (ускорений) отдельных точек звеньев у которых полюса планов являются общей точкой - полюсом плана скоростей (ускорений) механизма.
Планы скоростей (ускорений) механизма могут как строиться для каждого положения отдельно так и быть совмещенными.
1 Построение планов скоростей и определение действительных значений скоростей точек
Планы скоростей строятся по векторным уравнениям которые составляются отдельно для каждой группы Асура в порядке присоединения их к ведущему звену.
Для ведущего звена ОА определяем величину скорости точки А:
Вектор перпендикулярен радиусу т. е. отрезку ОА и направлен в сторону определяемую направлением . Задаемся масштабом плана скоростей
V= VА = 1512 60 = 0252 мс (мм)
Из произвольной точки Р называемой полюсом плана скоростей откладываем в указанном направлении отрезок длиной 60 мм.
Составляем векторное уравнение по которому определим скорость точки А принадлежащей шатуну 1 и ползуну 2.
Скорость относительного вращения точки А вокруг точки О перпендикулярна радиусу вращения отрезка ОА и определяется по формуле
Скорость точкинаправлена вдоль направляющей АB. Таким образом получаем векторное уравнение в котором два вектора известны по направлению но неизвестны по величине а третий вектор известен по направлению и по величине. Решая это векторное уравнение графическим способом получим план скоростей для группы Асура состоящей из звеньев 2 и 3. В соответствии с векторным уравнением через конец вектора (точку а) проводим направление вектора перпендикулярное АВ а через полюс - направление вектора параллельное АB. На пересечении этих направлений поставим точкуа отрезки и в масштабе будут представлять скорости и . Для определения их величины достаточно измерить соответствующие отрезки и умножить их на масштабный коэффициент :
Скорость точки С определим используя теорему подобия:
ρс=ρа3ВСАВ=4715018248=38мм
Аналогично строим план скоростей для звеньев 4 и 5 по уравнению:
и определяем угловую скорость звена СD:
Для определения направления переносим вектор в точку C и рассматриваем движение этой точки относительно точки D.
Изложенным выше способом строим планы скоростей для остальных положений.
Результаты построения заносим в таблицу 1.1.
2. Определение ускорений точек и угловых ускорений звеньев.
Определяем ускорение точки А. Так как кривошип по условию движется равномерно (угловое ускорение равно нулю) то ускорение точки А состоит только из нормальной составляющей которая равна:
Вектор направлен по радиусу к центру – от точки А к точке О. Задаемся масштабом плана ускорений и вычисляем длину отрезка изображающего в масштабе вектор
Из произвольной точки называемой полюсом плана ускорений в направлении вектора откладываем отрезок .
Переходим к звеньяv 2 3.
Векторное ускорение для точки С группы имеет вид
Ускорение слагается из нормальной и касательной составляющих
Ускорение по величине равно
Вычисляем его величину и откладываем в масштабе от точки а плана ускорений в направлении от точки B к точке А механизма отрезок равный по величине:
Ускорение определяется по формуле:
Вектор направлен вдоль направляющей АС. Таким образом получаем в векторном уравнении два неизвестных по величине но известных по направлению вектора. Для их определения продолжим построение плана ускорений. Из точки плана проведем направление вектора перпендикулярно АВ а из точки - параллельно направлению (параллельно направляющей АВ). На пересечении этих направлений поставим точку с. Получаем отрезки и которые в масштабе изображают соответственно ускорение и т. е.
Зная определяем величину углового ускорения :
Направление углового ускорения определится после переноса вектора в точку С механизма.
Для звеньев 4 и 5 построение выполняется аналогично по векторному уравнению:
Результаты построения заносим в таблицу 5
Проектирование кинематической схемы планетарного редуктора и эвольвентного зацепления.
Исходные данные для расчета в таблице 6. Схема планетарного редуктора и простой ступени редуктора (Рисунок 2.)
Межосевое расстояние
Модуль зубчатых колес планетарной ступени редуктора
Число зубьев простой передачи редуктора
1. Расчет и проектирование кинематической схемы планетарного редуктора.
Определяем передаточное отношение редуктора Uред= nдв n2
Определяем передаточное отношение простой пары 1-2
Определяем передаточное отношение планетарного редуктора
Из условия соостности z5 = z3 + 2z4 и формулы для передаточного отношения
Uзн = 1 + z5z3 выразим отношение .
Uзн = 1 + z5z3= 1 + ((z3+2 z4) z3) = 2 +(2z4 z3) поскольку Uзн = Uр U12= =6187=32 то отношение (654-2)2=z4 z3= 227
Определяемся что колесо 3 меньшее и задаемся значением числа зубьев z3 ( из условия zМИН>15). Устанавливаем число зубьев z3=17.
Определяем число зубьев z4.
z4 z3= 227=> z4 = z3 х 227 = 17 х 227 = 3859
Устанавливаем число зубьев z4=39
Определяем число зубьев z5.
z5= z3 + 2z4=17 + 2 х 39= 95
Окончательно передаточное отношение Uзнбудет равно:
Uзн = 1 + z5 z3= 1 + 95 17 = 6588
Определяем число сателлитов из условия сборки К=(z3+z5) q где q — целое число
К =(z3+z5) q = (17 + 95) 36 = 311
Устанавливаем число сателлитов 3.
Проверяем число сателлитов по условию соседства
К ≤ 180° аrcsin [( z4 + 2)( z3 + z4 )] = 180° аrcsin [(39 + 2) ( 17 + 39)] =38
Условие соседства выполняется следовательно устанавливаем число сателлитов 3.
Количество зубьев колес
Передаточное отношение планетарного редуктора
2 Геометрический расчет зубчатой передачи 1-2
Исходные данные таблица 6.
Геометрические параметры зубчатой передачи
Обозначения и расчетные формулы
При z117 Х1=(17-z1)17=(17-13)17
Invaw = inva+2[(Х1+Х2)(z1+z2)] x tga=
=00149+2[(024+0)(13+39)] х tg20°
а=m(z1 + z2) 2 = 7х(13+ 39) 2
Делительный диаметр мм
d1 = m х z1 = 7 х 13
dw1=d1 x (cos acos aw)
=91х(соs20соs24°16')
dw2=d2x(cosacosaw)=288х(соs20соs24°20')
df1=d1-2(ha+c-x1) x m=91-2(1+025-024) х7
df2=d2-2(ha+c-x2) x m=273-2(1+025) х7
da1=2aw-df2-2cm=2 х 1874-2555-2 х025 х7
da2=2aw-df1-2cm =2х 1874-7686-2 х025 х7
db1=d1cos a =91 х соs20
db2=d2cos a =273 х соs20
S1=m(2+2х1tgа)=7 х(3142+2 х024 х tg20)
S2=m(2+2х2tgа)=7 х(3 142+2 х0 х tg20)
Расчет кулачкового механизма
Длина коромысла кулачкового механизма
Угловой ход коромысла
Фазовые углы поворота кулачка
Допускаемый угол давления
Момент инерции коромысла
Рисунок 3 - Кулачковый механизм
Рисунок 4 - График ускорения коромысла кулачкового механизма
В выражение аналога ускорения подставляем исходные значения(450)sin6φ0≤φ≤60°
(-450)sin6(φ-100)100≤φ≤ 160
(-75)(соs6 φ-1)0≤φ≤60°
(75)(соs6(φ-100)-1) 100≤φ≤160
(-756)(sin6φ+75φ)0≤φ≤60°
sin6(φ-100)6-75φ+66.67 100≤φ≤160
Угол между нижним положением коромысла и межосевой линией
=arctg[('φmах+1 )соs(доп+п)-( φmin+1 )соs(доп –m)]
[('φmax+1 )sin(ДОП+П)-( φmin+1 )cos(ДОП –m)]
=[(044+1)соs(35+10)-(-0667+1)cos(35+10)] [(044+1)sin(35+10)+ (-0.667+1)sin(35+10)] = 3727°
L0=[ 110(044+1)] [tg35sin(38+10)+ соs(38+10)] = 1574 мм
Принимаем L0= 158 мм
Находим начальный радиус кулачка
При φ=22.5°будем иметь
Центровой профиль кулачка
=аrсcos(R2+102-122R10)=аrссоs(111112+1582-11022х11111х158)-4927
а =225-(4927-4935)=2258
Параметры кулачкового механизма
Строим график графического аналога ускорения . По оси ординат откладываем аналог ускорения а по оси абсцисс угол поворота кулачка φ.
Определяем масштабный коэффициент φ
φП + φвв +φо = 70° +35° +70° = 175°
Интегрируя график аналога ускорения строим график аналога скорости. Проинтегрировав график аналога скорости построим график перемещения выходного звена.
Определим масштабные коэффициенты.
Масштабный коэффициент для углового хода коромысла max
=maxLmax=0.4436.21=0.012 радмм
где Lmax - максимальное значение с оси ординат мм. Масштабный коэффициент для аналога скорости.
ddφ=h*φ=0.01240*0.01=0.03
где h — полюсное расстояние мм.
Определение минимального радиуса и построение профиля кулачка.
Определяем минимальный радиус кулачка по допускаемому углу давления доп путем графического определения области возможного расположения центра вращения кулачка.
Из графика определяем Rмин=110 мм. Строим центровой профиль кулачка. Определяем радиус ролика из условия
Гр=02Rмин=02*110 = 22 мм
После определения радиуса ролика строим конструктивный профиль кулачка как огибающая семейства окружностей радиуса гр центры которых расположены на центровом профиле.
Использованная литература
) Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука 1998
) Курсовое проектирование по теории механизмов и машин Под ред. Г.Н.Девойнова. —Мн.: Высш. шк. 1986.
) Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. — М. Высш. шк. 1990.
) Левитская О.Н. Левитский Н.И. Курс теории механизмов и машин.-М:Высш.шк.1985
) Попов С.А. Тимофеев Г.А. курсовое проектирование по теории механизмов имашин. —М.:Высш.шк.1998.
) Теория механизмов и машин и механика машинПод ред.К.В.Фролова-М .:Высш.шк.Д998.

Пояснительная записка.docx

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский технологический университет
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по теории машин и механизмов
на тему: Проектирование анализ и синтез механизмов по заданным схемам
Структурный анализ механизма . . 6
Кинематический анализ механизма . 7
1 Построение 6 положений механизма ..7
2 Построение плана скоростей 8
3 Построение плана ускорений .. .. 11
Синтез кулачкового механизма с толкателем .. .. 13
Список использованной литературы ..22
Одной из ведущих отраслей современной техники является машиностроение. По уровню развития машиностроения судят о развитии производительных сил в целом. Прогресс машиностроения в свою очередь определяется созданием новых высокопроизводительных и надежных машин. Решение этой важнейшей проблемы основывается на комплексном использовании результатов многих дисциплин и в первую очередь теории механизмов и машин.
Теория механизмов и машин – наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и проектировании их схем.
Качество создаваемых машин и механизмов в значительной мере определяется полнотой разработки и использования методов ТММ. Чем более полно будут учтены при построении механизмов и машин критерии производительности надежности точности и экономичности тем совершеннее будут получаемые конструкции.
В проекте требуется спроектировать и произвести кинематический динамический и кинетостатический расчет механизма двухступенчатого компрессора.
Одноцилиндровый поршневой компрессор двойного действия предназначен для получения сжатого воздуха. Движение от электродвигателя передается кривошипу. Преобразование вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью рычажного механизма. Изменение давления в цилиндре при движении поршня характеризуется индикаторной диаграммой . Всасывание воздуха в цилиндр происходит через впускные клапана во время хода поршня справа налево и слева направо. Нагнетание сжатого воздуха осуществляется через выпускные клапана при ходе поршня слева направо и справа налево.
Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям – безопасности обслуживания и создания наилучших условий для обслуживающего персонала а также эксплуатационным экономическим технологическим и производственным требованиям. Эти требования представляют собой сложный комплекс задач которые должны быть решены в процессе проектирования нового механизма.
Решение этих задач на начальной стадии проектирования состоит в выполнении анализа и синтеза проектируемого механизма а также в разработке его кинематической схемы обеспечивающей с достаточным приближением воспроизведение требуемого закона движения.
В первом разделе производится структурный анализ механизма. Определяются кинематические пары степень подвижности выделяются структурные группы
Во втором разделе исследуется кинематика механизма и производится силовой анализ рычажного механизма. Строится план механизма план скоростей и план ускорений.
В третьем разделе проводится синтез кулачкового механизма. Строятся графики ускорений скоростей и перемещения толкателя кулачка методом графического дифференцирования. Производится динамический синтез кулачкового механизма. Профилируется кулачок.
Структурный анализ механизма
Рисунок 1 – Схема рычажного механизма.
Механизм состоит из:
О2 – опора кривошипа;
Кинематические пары:
– 1 опора – кривошип;
– 3 опора – кулиса;
– 2 кривошип – камень кулисы;
– 3 камень кулисы – кулиса;
Кинематический анализ механизма
1. Построение 6 положений механизма.
Таблица 1. Исходные данные
Приняв на чертеже отрезок О1А=25 мм находим масштабный коэффициент :
l=lО1АО1А=00525=0002 ммм
Определяем размеры остальных звеньев по формуле:
O2B=25О1А=2525=625 мм
В принятом масштабе вычерчиваем схему механизма. Для построения 6 положений звеньев механизма разделим траекторию описываемую точкой А кривошипа на 6 равных частей. За первое начальное положение принимаем такое положение при котором звенья 4 и 3 образуют одну прямую О2С по длине равную O2C=O2B+ВC. Построение планов положений начинаем с изображения элементов стойки. Далее последовательно изображаем ведущие звенья в заданных положениях и структурные группы звеньев. Положения подвижных характерных точек определяются методом засечек.
2 Построение плана скоростей
Определяем линейную скорость точки А:
По условию следовательно линейная скорость точки А при всех положениях механизма будет одинаковой.
На листе чертежа произвольно выбираем полюс скоростей v и из полюса проводим отрезок длиной 50 мм перпендикулярно звену О1А который является графическим аналогом скорости точки А. В конце вектора скорости обозначаем точку а.
Назначаем масштабный коэффициент плана скоростей по формуле:
Скорость точкикулисы совпадает с точкой А2 камня
кулисы и определяется по уравнению:
Это уравнение основано на том что абсолютное движение звена 2 представляется как составное из переносного движения вместе со звеном 3 и относительного движения по отношению к этому звену. Скорость VA2A3 направлена параллельно О2В поступательная пара соединяющая звенья 2 и 3 допускает поступательное движение только в этом направлении. Скорость VА3 направлена перпендикулярно О2В.
VA2A3=а2а3*056=5357 ммс
Где: а2а3 – длина вектора скорости мм;
Строим план скоростей для второго положения так как скорости остальных точек кроме S3 будут равны 0.
Определяем угловые скорости звеньев механизма.
По условию 1 =const следовательно у звена 1 угловая скорость во всех положениях будет постоянной:
Угловая скорость звена 2 равна угловой скорости 1 звена.
Угловая скорость звена 3 определяется по формуле:
где: Pa3 – длина отрезка на плане скоростей мм ;
V – масштабный коэффициент плана скоростей.
Для определения это скорости необходимо найти скорость точки B по формуле: VB=3*lBO2=3338*0125=41725 мс
Угловая скорость звена 4 определяется по формуле:
где: Pb – длина отрезка на плане скоростей мм ; V – масштабный коэффициент плана скоростей.
Определим скорость точки С по формуле:
VС=4*lBC=33376*05=16688 мс
Рс=16688:056=298 мм.
Находим скорости промежуточных точек S3 и S4
VS4=1192*056=66752 мс.
Скорость точки В откладывается из полюса на продолжении скорости точки А. Скорость точки С откладывается из полюса в сторону движения ползуна параллельно линии его движения.
Аналогично строятся планы скоростей и определяются скорости звеньев и точек для остальных положений механизма. Полученные значения заносим в таблицу 2.
Таблица 2. Значения скоростей
Построение плана ускорений
Рассмотрим подробно построение плана ускорений для положения №2.
Ускорение точка А можно вычислить по формуле:
Для построения плана ускорений принимаем масштабный коэффициент
Выбираем полюс ускорений и проводим из полюса прямую параллельно звену О1А ставим точку а. Вектор Раа’ будет графическим аналогом нормального ускорения точки А.
Ускорения точек А1 и А2 как и их скорости будут равны. Движение точки А2 камня кулисы рассматриваем как сложное: вместе с кулисой (кориолисово ) и относительно нее.
Величина кориолисова ускорения находится по формуле:
aa2a3k=2*3*VА2А3=112157 ммс2
a2a3 = 112157 : 1568=715 мм.
Направление кориолисова ускорения определяется поворотом относительной скорости VА2А3 на 90 по направлению переносной угловой скорости 1.
Определяем нормальное ускорение О2А3 по формуле:
ao2a3n=12*lo2a3=32646 мс2
О2А3= ao2a3n:1568=208 мм.
Откладываем из полюса ускорений вектор параллельно О2А3. С конца этого вектора проводим перпендикуляр до пересечения с пересечения с перпендикуляром опущенным из конца кориолисова ускорения это будет точка конца ускорения аа3.
Находим нормальное ускорение точки В.
Длинна вектора b= 888 мм.
Проводим вектор b из полюса на через точку аа3 иоткладываем нормальное ускорение точки В.
Определим ускорение точки С по формуле
Длина вектора с=14212 мм.
Из полюса проводим вектор с в сторону движения ползуна параллельно линии его движения.
Полученные результаты ускорений заносим в таблицу 3.
Таблица 3. Значения ускорений
Синтез кулачкового механизма с толкателем.
Исходные данные для решения задачи:
- схема кулачкового механизма представлена на рисунке 2;
- исходные данные представлены в таблице 4.
Таблица 4. Исходные данные
Закон изменения Sφ''
Аналог ускорений выходного звена кулачкового механизма:
Sφ''=4Smaxφп2 0≤φ≤φп2 -4Smaxφп2 φп2≤φ≤φп 0 φпφφп+φвв -4Smaxφo2 φп+φвв≤φ≤φп+φвв+φо2 4Smaxφo2 φп+φвв+φо2 ≤φ≤φп+φвв+φо
Подставляем исходные данные и получаем следующие выражения:
Sφ''=00144 0≤φ≤30°- 00144 30°≤φ≤60°0 60°≤φ≤60°-00144 60°≤φ≤90°00144 90°≤φ≤120°
Проинтегрируем уравнение на каждом участке.
Для первого участка 0≤φ≤30° после интегрирования получим
Постоянная интегрирования С1 определиться из начальных условий φ0=0 Sφ'=0.
Аналог скорости толкателя в конце первого участка
Sφ'=00144*30=0432 мс
Следовательно для второго участка начальные условия примут вид: φ0=30° Sφ'=0432.
Для второго участка 30°≤φ≤60° после интегрирования найдем
Постоянную интегрирования C1' найдем из начальных условий φ0=30 Sφ'=0432
Аналог скорости толкателя в конце второго участка
Следовательно для третьего участка начальные условия примут вид: φ0=60° Sφ'=0.
Для третьего участка 60°≤φ≤60° после интегрирования найдем
Постоянная интегрирования C1'' определиться из начальных условий φ0=60° Sφ'=0
Аналог скорости толкателя в конце третьего участка
Следовательно для четвертого участка начальные условия примут вид: φ0=60° Sφ'=0.
Для четвертого участка 60°≤φ≤90° после интегрирования найдем
Постоянная интегрирования C1'''определиться из начальных условий φ0=60° Sφ'=0
Аналог скорости толкателя в конце четвертого участка
Следовательно для пятого участка начальные условия примут вид: φ0=90° Sφ'=-0432.
Для пятого участка 90°≤φ≤120° после интегрирования найдем
Постоянная интегрирования C1'''' определиться из начальных условий φ0=90° Sφ'=-0432
Окончательно выражение для определения аналога скорости примет вид:
Sφ''=00144φ 0≤φ≤30°- 00144φ+0864 30°≤φ≤60°0 60°≤φ≤60°-00144φ+0864 60°≤φ≤90°00144φ-1728 90°≤φ≤120°
Проинтегрируем полученное уравнение на каждом участке.
Для первого участка 0≤φ≤30° после интегрирования получим
Постоянная интегрирования С2 определиться из начальных условий φ0=0 Sφ=0.
Перемещение толкателя в конце первого участка определится
Следовательно для второго участка начальные условия примут вид φ0=30 Sφ=648 мм .
Sφ=- 00072φ2+0864φ+C2'
Постоянную интегрирования C2' найдем из начальных условий
Перемещение толкателя в конце второго участка
Следовательно для третьего участка начальные условия примут вид φ0=60 Sφ=1296
Постоянную интегрирования C2''найдем из начальных условий φ0=60 Sφ'=1296
Перемещение толкателя в конце третьего участка
Следовательно для четвертого участка начальные условия примут вид φ0=60 Sφ=1296
Sφ=- 00072φ2+0864φ+C2'''
Постоянную интегрирования C2'''найдем из начальных условий φ0=60 Sφ'=1296
Перемещение толкателя в конце четвертого участка
Следовательно для пятого участка начальные условия примут вид φ0=90 Sφ=648
Sφ=00072φ2-1728φ+C2''''
Постоянную интегрирования C2''''найдем из начальных условий φ0=90 Sφ'=648
Окончательно выражение для определения перемещения толкателя примет вид:
Sφ''=00072φ2 0≤φ≤30°- 00072φ2+0864φ-1296 30°≤φ≤60°0 60°≤φ≤60°- 00072φ2+0864φ-1296 60°≤φ≤90°00072φ2-1728φ+10368 90°≤φ≤120°
Углы поворота кулачка соответствующие подъему и опусканию толкателя делим на 8 равных частей.
Рассчитываем Sφ'' Sφ' Sφ для различных значений φ и Результаты расчетов сводим в таблицу 5.
Таблица 5. Параметры кулачкового механизма
Определяем Roи по формуле:
где S’ и S взяты при φ=φп2 так как при этом значении R0 будет максимальным.
Центровой профиль кулачка рассчитываем в полярных координатах по формулам:R =S2+R02-2SR0R02-l2= 2146254мм и =φ± (-0)
Выбираем радиус ролика из условия r≤04R0. Принимаем радиус r=5мм
Величину радиуса - вектора и полярный угол αп рассчитываем по формулам
cos=S'отн2+R2-(S'φ)22RS'отн
S'отн=S'φ2+R2-2S'Rφcos
α=arcosR2+RП2-r22RRп
Определяем полярные координаты профиля кулачка при угле φ=0°
S'отн=15235841 мм cos=1 Rп=1023581 мм
Для остальных положений результаты расчетов сводим в таблицу 5.
Построение центрового профиля из точки О1 проводим окружность радиусом R0. т начального радиуса- вектора в сторону противоположную вращению кулачка откладываем углы α1α2 и т.д. на сторонах которых отмечаем соответственно радиусы R1R2 и т.д. Центровой профиль кулачка на участках соответствующих верхнему и нижнему выстоям толкателя очерчиваем по дугам окружностей с радиусами R8 и R0. Точки А1 А8 и А9 А17 соединяем плавной кривой.
Профиль кулачка строим аналогично откладывая на сторонах полярных углов αп величины радиусов- векторов Rп.
Используя графические и расчетно-графические методы анализа курса ТММ были получены данные исходя из которых можно сделать следующие выводы:
Данный механизм преобразует вращательное движение кривошипа в поступательное движение ползуна. Рабочий ход ползуна составляет 250мм.
С помощью плана скоростей и ускорений были определены величины и направления линейных скоростей и ускорений точек угловых скоростей и ускорений звеньев. В данном механизме не допускаются большие изменения скорости рабочего звена так как от этого зависит стойкость механизма. Максимальная скорость ползуна 1669 мс ; ускорение 5571122 мс2. Максимальная угловая скорость кривошипа 3338 радс.
Во второй части работы был произведен синтез кулачкового механизма а именно: был спроектирован кулачковый механизм; по заданной диаграмме ускорений построены диаграммы скорости и перемещения толкателя при этом использовался метод графического интегрирования; определены масштабы диаграмм; определен начальный радиус кулачка построен центровой и рабочий профиль кулачка. Рабочий ход для рассчитанного кулачкового механизма составил 1394 мм.
Результаты проектирования можно использовать для создания опытного образца механизма.
Список использованной литературы
Смелягин А.И. Теория механизмов и машин. М.: ИНФРА-М 2008
Курсовое проектирование по теории механизмов и машин Под ред. Г.Н. Девойно –Мн.: Высш. шк. 1986.
Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. – М. Высш. шк. 1990.
Левитская О.Н. Левитский Н.И. Курс теории механизмов и машин.-М.:Высш.шк.1985
Попов С.А. Тимофеев Г.А. курсовое проектирование по теории механизмов и машин. –М.:Высш.шк.1998.
Теория механизмов и машин и механика машин Под ред. К.В.Фролова. – М .: Высш.шк.1998.

4.cdw

Кулачок (4).cdw

Чертеж.cdw

2 положение ...........................cdw

Положения звеньев механизма

4 положение (2).cdw

Пояснительная записка (2).docx

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский технологический университет
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по теории машин и механизмов
на тему: Проектирование анализ и синтез механизмов по заданным схемам
Структурный анализ механизма . . 6
Кинематический анализ механизма . 7
1 Построение 6 положений механизма ..7
2 Построение плана скоростей 8
3 Построение плана ускорений .. .. 12
Синтез кулачкового механизма с коромыслом .. 15
Список использованной литературы ..23
Одной из ведущих отраслей современной техники является машиностроение. По уровню развития машиностроения судят о развитии производительных сил в целом. Прогресс машиностроения в свою очередь определяется созданием новых высокопроизводительных и надежных машин. Решение этой важнейшей проблемы основывается на комплексном использовании результатов многих дисциплин и в первую очередь теории механизмов и машин.
Теория механизмов и машин – наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и проектировании их схем.
Качество создаваемых машин и механизмов в значительной мере определяется полнотой разработки и использования методов ТММ. Чем более полно будут учтены при построении механизмов и машин критерии производительности надежности точности и экономичности тем совершеннее будут получаемые конструкции.
В проекте требуется спроектировать и произвести кинематический динамический и кинетостатический расчет механизма пресс-автомата двойного действия.
Механизм пресс-автомата двойного действия предназначен для осуществления возвратно-поступательного движения ползуна для штамповки разнообразных деталей. Это установка имеющая механизм кривошипно-ползунного вида. Движение вращательного привода преобразуется в поступательное движение ползуна благодаря чему функционирует пресс.
Кривошип 1 механизма приводится от электродвигателя через редуктор и совершает вращательное движение. Далее через шатун 2 движение передается на коромысло 3. Которое при работе механизма совершает качающееся движение относительно оси D.
Затем через шарнир В движение передаётся на шатун 4 совершающий сложное движение. Шатун 4 соединён с ползуном 5. Ползун совершая возвратно-поступательное движение позволяет выполнять рабочий процесс.
В целом механизм пресс-автомата двойного действия можно отнести к исполнительному механизму технологической машины.
Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям – безопасности обслуживания и создания наилучших условий для обслуживающего персонала а также эксплуатационным экономическим технологическим и производственным требованиям. Эти требования представляют собой сложный комплекс задач которые должны быть решены в процессе проектирования нового механизма.
Решение этих задач на начальной стадии проектирования состоит в выполнении анализа и синтеза проектируемого механизма а также в разработке его кинематической схемы обеспечивающей с достаточным приближением воспроизведение требуемого закона движения.
В первом разделе производится структурный анализ механизма. Определяются кинематические пары степень подвижности выделяются структурные группы
Во втором разделе исследуется кинематика механизма и производится силовой анализ рычажного механизма. Строится план механизма в котором определяется рабочий ход план скоростей и план ускорений.
В третьем разделе проводится синтез кулачкового механизма. Строятся графики ускорений скоростей и перемещения толкателя кулачка методом графического дифференцирования. Производится кинематический синтез кулачкового механизма. Профилируется кулачок.
Структурный анализ механизма
Рисунок 1 – Схема рычажного механизма.
Механизм состоит из: 1- кривошип ОA; 2 – шатун АB 3 –коромысло CВ; 4 – шатун 7- ползун D. Количество подвижных звеньев n=5.
Кинематические пары:
Кривошип OA – шатун AB
Шатун AB – Коромысло BC
Коромысло BC – стойка
Коромысло BC – шатун CD
Все пары низшие плоские накладывающие по 2 связи на относительное движение звеньев; количество пар p2=7. Степень подвижности: W=3n-2p2=3·5-2·7=1
Составим структурные группы механизма и определим класс и порядок:
стойка – кривошип OA – механизм I класса;
Шатун BC – Коромысло BC группа II класса 2-го порядка
Шатун CD – ползун D – группа II класса 2-го порядка.
Кинематический анализ механизма
1. Построение 6 положений механизма.
Таблица 1. Исходные данные
Приняв на чертеже отрезок ОА=50 мм находим масштабный коэффициент :
l=lОАОА=0250=0004 ммм
Определяем размеры остальных звеньев по формуле:
L=ll AB=x=070004=175 мм BC=y=0380004=95 мм
AS2=05AB=0.5175=87.5 мм
В принятом масштабе вычерчиваем схему механизма. Для построения 6 положений звеньев механизма разделим траекторию описываемую точкой А кривошипа на 6 равных частей. За первое начальное положение принимаем такое положение при котором звенья 1 и 2 образуют одну прямую ОВ по длине равную ОВ=ОА+АВ. Построение планов положений начинаем с изображения элементов стойки. Далее последовательно изображаем ведущие звенья в заданных положениях и структурные группы звеньев. Положения подвижных характерных точек определяются методом засечек.
При построении геометрически определяется рабочий ход механизма. В построенной схеме он составляет расстояние между положениями 4 и 6 ползуна и равен 0.139 м.
2 Построение плана скоростей
Определяем линейную скорость точки А:
По условию следовательно линейная скорость точки А при всех положениях механизма будет одинаковой.
Строим план скоростей для второго положения механизма (т.к. при первом положении механизма будет присутствовать только скорость точки А а остальные скорости точек кроме ВS2 будут равны 0).
На листе чертежа произвольно выбираем полюс скоростей Pv и из полюса проводим отрезок длиной 63 мм перпендикулярно звену ОА который является графическим аналогом скорости точки А. В конце вектора скорости обозначаем точку а.
Назначаем масштабный коэффициент плана скоростей по формуле:
Определяем скорости точки В. Для определения скоростей точки В составляем систему уравнений:
Решая систему уравнений получим:
где VA-известно по направлению и значению; VBA-неизвестно по значению но известно по направлению; VBC- неизвестно по значению но известно по направлению.
На плане скоростей из конца вектора VA проводим прямую перпендикулярно звену AB.
Из полюса скоростей PV проводим прямую перпендикулярно звену ВС. На их пересечении обозначаем точку b. Вектор ab- графический аналог скорости VBA и вектор PVb- графический аналог скорости VBC=VB.
Находим действительные значения VBA и VB:
Определяем скорости точки D. Для определения скоростей точки D составляем уравнение:
где: VB-известно по направлению и по значению; VDB- известно по направлению но неизвестно по значению; VD- известно по направлению но неизвестно по значению. На плане скоростей из точки b проводим прямую перпендикулярно звену BD. Из полюса скоростей Pv из проводим вертикальную прямую (т.к. ползун 5 движется поступательно). На пересечении этих прямых обозначаем точку d. Вектор PVD- графический аналог скорости VD и вектор bd- графический аналог скорости VDB.
Находим действительные значения VD и VDB:
Определяем скорости точек центров масс звеньев. По условия центры масс (на схеме механизма обозначены как S2 S3 S4 ) находятся посередине звеньев .
Определяем скорость точки S2. Из полюса скоростей PV проведем прямую через середину отрезка ab и обозначим точку S2. Вектор PvS2 будет графическим аналогом скорости VS2.
Определяем действительное значение скорости VS2:
Определяем скорость точки S4. Из полюса скоростей PV проведем прямую через середину отрезка bd и обозначим точку S4. Вектор PvS4 будет графическим аналогом скорости VS4.
Определяем действительное значение скорости VS4:
Определяем скорость точки S3. Из полюса скоростей PV проведем прямую через середину отрезка bс и обозначим точку S3. Вектор PvS3 будет графическим аналогом скорости VS3.
Определяем угловые скорости звеньев механизма.
По условию 1 =const следовательно у звена 1 угловая скорость во всех положениях будет постоянной:
Угловая скорость звена 2 определяется по формуле:
где: ab – длина отрезка на плане скоростей мм ;
V – масштабный коэффициент плана скоростей.
Угловая скорость звена 3 определяется по формуле:
где: cb – длина отрезка на плане скоростей мм ;
Угловая скорость звена 4 определяется по формуле:
где: bd – длина отрезка на плане скоростей мм ; V – масштабный коэффициент плана скоростей.
Аналогично строятся планы скоростей и определяются скорости звеньев и точек для остальных положений механизма. Полученные значения заносим в таблицу 2.
Таблица 2. Значения скоростей
Построение плана ускорений
Рассмотрим подробно построение плана ускорений для положения №2.
Полное ускорение точка А можно записать в виде уравнения:
Для построения плана ускорений принимаем масштабный коэффициент
Выбираем полюс ускорений и проводим из полюса прямую параллельно звену ОА ставим точку а’. Вектор Раа’ будет графическим аналогом нормального ускорения точки А.
Полное ускорение точки В можно записать в виде системы уравнений:
Находим нормальное ускорение точки В относительно точки А
Проводим прямую из точки а’ параллельно звену АВ и откладываем нормальное ускорение точки В относительно А. Ставим точку n1.
Находим нормальное ускорение точки В относительно точки С
Проводим прямую из полюса ускорений параллельно звену ВС и откладываем нормальное ускорение точки В относительно С. Ставим точку n2.
Из точки п1 проводим прямую перпендикулярно звену АВ а из точки n2 проводим прямую перпендикулярно звену ВС. На пересечении этих прямых ставим точку b’. Отрезок n1b’ будет графическим аналогом тангенциального ускорения точки В относительно точки А а отрезок n2b’ будет графическим аналогом тангенциального ускорения точки В относительно точки С. Соединяем точки a’ и b’ отрезок a’b’ будет графическим аналогом ускорения точки В относительно А. Соединяем полюс ускорений с точкой b’ отрезок Pab’ будет графическим аналогом полного ускорения точки В.
Полное ускорение точки D можно записать в виде уравнения:
Найдем нормальное ускорение точки D относительно точки В
Проведем прямую из точки b’ параллельно звену BD и откладываем нормальное ускорение точки D относительно В. Ставим точку n3. Из точки n3 проводим прямую перпендикулярно звену BD а из полюса ускорений проводим прямую параллельно направлению движения ползуна 5. На пересечении этих прямых ставим точку d’. Отрезок n3d’ будет графическим аналогом тангенциального ускорения точки D относительно точки В а отрезок Pаd’ будет графическим аналогом полного ускорения точки D. Соединяем точки b’d’ отрезок b’d’ будет графическим аналогом ускорения точки D относительно точки B.
Определяем ускорения точек центров масс звеньев.
Проводим прямую из полюса Pa через середину отрезка a’b’ ставим точку s2. Отрезок Pas2 будет графическим аналогом ускорения точки S2. Проводим прямую из полюса Pa через середину отрезка b’d’ на пересечении ставим точку S4. Отрезок PaS4 будет графическим аналогом ускорения точки S4. Проводим прямую из полюса Pa через середину отрезка с’b’ ставим точку S3. Отрезок PaS3 будет графическим аналогом ускорения точки S3.
Определяем угловые ускорения звеньев механизма.
Полученные результаты ускорений центров масс и угловых ускорений заносим в таблицу 3.
Таблица 3. Значения ускорений
Синтез кулачкового механизма с коромыслом.
Исходные данные для решения задачи:
- схема кулачкового механизма представлена на рисунке 2;
- исходные данные представлены в таблице 4.
Таблица 4. Исходные данные
Аналог ускорений выходного звена кулачкового механизма:
φ''=6maxφп21-2φφп 0≤φ≤φп0 φп≤φ≤φп+φвв6maxφ021-2φ0φ-φп-φвв φп+φвв≤φ≤φп+φвв+φ0
Подставляем исходные данные и получаем следующие выражения:
φ''=00591-0044φ 0≤φ≤45°0 45°≤φ≤65°-0059389-0044φ 65°≤φ≤110°
Проинтегрируем уравнение на каждом участке.
Для первого участка 0≤φ≤45° после интегрирования получим
Постоянная интегрирования С1 определиться из начальных условий φ0=0 φ'=0.
Аналог скорости коромысла в конце первого участка
φ'=005945-0022*452=0 мс
Следовательно для второго участка начальные условия примут вид: φ0=45° φ'=0.
Для второго участка 45°≤φ≤65° после интегрирования найдем
Постоянную интегрирования C2 найдем из начальных условий φ0=95 φ'=0
Аналог скорости коромысла в конце второго участка
Следовательно для третьего участка начальные условия примут вид: φ0=65° φ'=0.
Для третьего участка 65°≤φ≤110° после интегрирования найдем
φ'= -0059389φ-0022φ2+C1
Постоянная интегрирования С3 определиться из начальных условий φ0=65° φ'=0
=-0059389*65-0022*652+C3
Аналог скорости коромысла в конце третьего участка
φ'= -0059389φ-0022φ2+942= 0
Окончательно выражение для определения аналога скорости примет вид:
φ'=0059φ-0022φ2 0≤φ≤45°0 45°≤φ≤65°0059389φ-0022φ2+942 65°≤φ≤110°
Проинтегрируем полученное уравнение на каждом участке.
Для первого участка 0≤φ≤45° после интегрирования получим
φ=005905φ2-00074φ3+C1
Постоянная интегрирования С1 определиться из начальных условий φ0=0 φ=0.
Угол поворота коромысла в конце первого участка определится
φ=- 005905*452-00074*453=20 град
Следовательно для второго участка начальные условия примут вид φ0=45 φ=20 град.
Постоянную интегрирования C2 найдем из начальных условий φ0=45 φ'=20
Угол поворота коромысла в конце второго участка
Следовательно для третьего участка начальные условия примут вид φ0=65 φ=20
φ= 0059195φ3-00074φ3+942φ+C3
Постоянную интегрирования C2 найдем из начальных условий φ0=110 φ'=20
=-0059195*652-00074*653+942*65+C3
φ= 0059195φ2-00074φ3+942φ-22573
φ= -0059195*1102-00074*1103+942*110-22573=0
Окончательно выражение для определения угла поворота коромысла примет вид:
φ=005905φ2-00074φ3 0≤φ≤45°20 45°≤φ≤65°0059195φ2-00074φ3+942φ-22573 65°≤φ≤110°
Углы поворота кулачка соответствующие подъему и опусканию коромысла делим на 8 равных частей.
Рассчитываем φ'' φ' φ для различных значений φ и Результаты расчетов сводим в таблицу 5.
Таблица 5. Параметры кулачкового механизма
Определяем loи о по формулам:
=arctg'φmax+1cosd+п-'φmin+1cosд-m'φmax+1sinд+п+'φmin+1sinд+m
l0=l('φmax+1)tgдsin0+m+cos0+m
Где m - угол поворота коромысла на фазе подъёма при котором
'п='φ п – угол поворота коромысла на фазе опускания при котором 'о='φmin
=arctg00116+1cos30°+10°--00116+1cos30°-10°00116+1sin30°+10°+-00116+1sin30°-10°=153°
l0=120·00116+1tg30°sin15°+10°+cos15°+10°=13766 мм
Определяем начальный радиус кулачка по формуле
Ro=l2+l02+2llcos0=1202+1382-2120138cos15° =3091мм
Центровой профиль кулачка рассчитываем в полярных координатах по формулам
R=l2+l02-2ll0cos0+=1202+1382-2·120·138cos15°+0° =3744мм
=arcosR02-l02-l22R0l0=arctg37442+1202-13522·3744·120=11037°
=arcos37442+1202-135223744120=11037°
Выбираем радиус ролика из условия r≤04R0. Принимаем радиус r=12мм
Величину радиуса - вектора и полярный угол αп рассчитываем по формулам
cos=S'отн2+R2-('φ)2l22RS'отн
S'отн='φ2l2+R2-2lR'φcos
α=arcosR2+RП2-r22RRп
Определяем полярные координаты профиля кулачка при угле φ=0°
S'отн=021202+37442-212003744cos15°+0°+11031°=3091
cos=37442+37442-021352237443744=1
Rп=37442+122-23744121=3091 мм
α=arcos30912+50722-302279375072=0°
Для остальных положений результаты расчетов сводим в таблицу 4
Построение центрового профиля из точки О1 проводим окружность радиусом R0 и дугу радиусом l0на которой выбираем точку О2- центра вращения коромысла. Из точки О2 радиусом равным l делаем засечку на окружности радиуса R0. Точка А0 является началом фазы подъёма коромысла. От начального радиуса- вектора О1А0 в сторону противоположную вращению кулачка откладываем углы α1α2 и т.д. на сторонах которых отмечаем соответственно радиусы R1R2 и т.д. Центровой профиль кулачка на участках соответствующих верхнему и нижнему выстоям коромысла очерчиваем по дугам окружностей с радиусами R8 и R0. Точки А1 А8 и А9 А17 соединяем плавной кривой.
Профиль кулачка строим аналогично откладывая на сторонах полярных углов αп величины радиусов- векторов Rп.
Используя графические и расчетно-графические методы анализа курса ТММ были получены данные исходя из которых можно сделать следующие выводы:
Данный механизм преобразует вращательное движение кривошипа в поступательное движение ползуна и в ходе структурного анализа была определена степень его подвижности равная 1 и рабочий ход ползуна равный 0.139.
С помощью плана скоростей и ускорений были определены величины и направления линейных скоростей и ускорений точек угловых скоростей и ускорений звеньев. Максимальную линейную и угловую скорость имеет звено DB в положении 3 и они равна 1856 мс и 6187 радс соответственно. Максимальное линейное ускорение имеет точка D в положении 1 и оно равно 10653 мс2 а максимальное угловое ускорение имеет звено AB в положении 6 и оно равно 7914 радс2.
Во второй части работы был произведен синтез кулачкового механизма а именно: был спроектирован кулачковый механизм; по заданной диаграмме ускорений построены диаграммы скорости и перемещения коромысла при этом использовался метод графического интегрирования; определен начальный радиус кулачка Ro m построен центровой и рабочий профиль кулачка.
Результаты проектирования можно использовать для создания опытного образца механизма.
Список использованной литературы
Смелягин А.И. Теория механизмов и машин. М.: ИНФРА-М 2008
Курсовое проектирование по теории механизмов и машин Под ред. Г.Н. Девойно –Мн.: Высш. шк. 1986.
Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. – М. Высш. шк. 1990.
Левитская О.Н. Левитский Н.И. Курс теории механизмов и машин.-М.:Высш.шк.1985
Попов С.А. Тимофеев Г.А. курсовое проектирование по теории механизмов и машин. –М.:Высш.шк.1998.
Теория механизмов и машин и механика машин Под ред. К.В.Фролова. – М .: Высш.шк.1998.

6 положение .cdw

Положения звеньев механизма

1.cdw

6 положений.cdw

Кулачок (2).cdw

НФ НИТУ МИСиС гр-24з

ТММ положение 7.cdw

6.cdw

5.cdw

ТММ положение 11.cdw

1 положение.......................................cdw

Положение звеньев механизма

Кулачок.cdw

1 положение.cdw

2 положение.cdw

3 положение (2).cdw

2.cdw

5 положение .cdw

Положения звеньев механизма