Проектирование и исследование механизмов поперечно-строгального станка с качающейся кулисой

List 2.bak.cdw

Курсовой проект по ТММ

Расчетно пояснительная записка(27.11.вся ).doc

Государственное Образовательное Учреждение
Высшего Профессионального Образования
Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту на тему:
Проектирование и исследование механизмов
поперечно-строгального станка
с качающейся кулисой
Студент Арустамян В.А.
Руководитель проекта Галемин Е.К.
Краткое описание работы механизмов поперечно-строгального станка с
качающейся кулисой ..стр.4
Проектирование эвольвентной зубчатой передачи стр.7
1. Исходные данные стр.7
2. Геометрический расчет . стр.7
3. Построение проектируемой зубчатой передачи ..стр.8
4. Построение профиля колеса изготовляемого реечным инструментом
(станочное зацепление) .стр.8
5.Определение графически коэффициента перекрытия [pic] .стр.9
Проектирование планетарного зубчатого механизма с
цилиндрическими колесами .стр.10
1. Исходные данные .. .стр.10
2. Вычисление чисел зубьев колес редуктора .стр.10
3. Проверка условия сборки ..стр.10
4. Проверка условия соседства .стр.10
5. Определим графически передаточное отношение . стр.11
Динамическое исследование основного механизма поперечно-строгального
станка с качающейся кулисой .. стр.12
1.Исходные данные .. . стр.12
2. Находим размеры механизма .. .. . ..стр.13
3. Замена основного механизма динамической моделью стр.13
4. Определение передаточных функций .. .стр.15
5. Построение графика работ стр.16
6. Определение [pic] стр.16
7. Построение графика кинетической энергии 1 группы звеньев.. стр.16
8. Расчет маховика .. стр.17
9. Определение закона движения . стр.18
10. Вывод . ..стр.18
Проектирование кулачкового механизма поперечной подачи стола. стр.19
1. Построение кинематических диаграмм методом графического
интегрирования ..стр.19
2. Определение основных размеров кулачкового механизма стр.20
3. Построение профиля кулачка стр.21
4. Кинематическая проверка аналогов скорости и ускорения стр.21
Список используемой литературы ..стр.23
Поперчно-строгальный станок предназначен для строгания поверхностей.
Станок имеет следущие основные узлы: станина 1 ползун 2 с резцовой
головкой 3 стол 4 (рис. 3-1).
Привод состоит из зубчатой передачи z4 z5 планетарного редуктора 6 и
электродвигателя 7 (рис. 3-2 а).
Рис. 3-1. Общий вид поперчно-строгального станка с качающейся кулисой
Рис. 3-2. а) Схема кривошипно-кулисного и кулачкового механизмов
б) Диаграмма сил сопротивления
Резание металла осуществляется резцом закрепленным в резцовой
головке при его возвратно-поступательном движении в горизонтальном
Для движения ползуна с резцовой головкой используется шестизонный
кривошипно-кулисный механизм с качающейся кулисой состоящий из кривошипа
камня 2 кулисы 3 ползунов 4и5. Диаграмма сил сопротивлению движению
ползуна 5 показана на рис. 3-2б.Ход ползуна H выбирается в зависимости от
длины lД обрабатываемой поверхности с учетом перебегов lП в начале и конце
рабочего хода. Длина хода ползуна может изменяться при накладке станка для
обработки конкретных деталей. Средняя скорость резания (скорость
поступательного движения при рабочем ходе) выбирается в зависимости от
Во время перебегов в конце холостого и в начале рабочего ходов
осуществляется перемещение стола на величину подачи с помощью ходового
винта. Поворот винта производится посредством храпового механизма
состоящего из колеса 10 рычага 11 с собачкой тяги 9 и качающегося
толкателя 8 рис.. 3—2 а).
Рис.3-3. Законы изменения ускорений толкателя кулачкового механизма:
Поворот толкателя 8 осуществляется от дискового кулачка который
выполнен в виде паза в теле зубчатого колеса z5. Регулирование подачи стола
производится путем изменения длины рычага LN что позволяет изменять
количество зубьев захватываемых собачкой и следовательно обеспечивает
поворот ходового винта на требуемый угол. При проектировании кулачкового
механизма необходимо обеспечить заданный закон движения толкателя (рис. 3-
) и осуществить подачу резца во время заднего перебега (в конце
холостого и в начале рабочего ходов) в соответствии с циклограммой
приведенной на рис. 3—4.
Рис.3-4. Циклограмма работы механизмов строгального станка.
Проектирование эвольвентной зубчатой передачи
Цель: спроектировать эвольвентное зубчатое зацепление обеспечивающее
передачу без подреза и заострения.
Число зубьев: Z1 =12 Z2=23;
Угол главного профиля: [pic].
Угол наклона зубьев: =0º
Коэффициент радиального зазора [pic].
Коэффициент высоты зуба: [pic].
2. Геометрический расчет.
Формулы пересчета:[p [p [p [p
Минимальное число зубьев: Zm
Инволюта угла зацепления: inv αw=inv αt+(2
Коэффициент воспринимаемого смещения: y= z2((CosαtCos αw)-1);
Радиусы делительных окружностей: r12 =
Радиусы основных окружностей: rb12= (mtz122) Cosαt;
Радиусы начальных окружностей: rw12= mtz12 Cosαt2 Cos αw;
Радиусы окружностей вершин: ra12=[pic]
Коэффициент уравнительного смещения: [pic]
Радиусы окружностей впадин: [pic]
Высота зуба: h=[pic]
Межосевое расстояние:
Толщина зубьев по делительным окружностям: [pic]
Толщины зубьев по окружностям вершин:
Коэффициент перекрытия: [pic]
Геометрический расчет выполнен на ПЭВМ результаты расчета
Коэффициент смещения первого колеса [pic]выбирается исходя из трех
) Отсутствие подреза: [pic]
) Отсутствие заострения: [pic]
) Обеспечение плавности: [pic]
Были построены графики зависимостей [pic] и по ним выбран коэффициент
смещения [pic][pic]. Графики зависимостей прилагаются.
3. Построение проектируемой зубчатой передачи.
Выбираем масштаб построения: [pic]
Проводим начальную делительную и основную окружности окружности
Проверяем точность построения окружностей:
Проводим линию зацепления через полюс зацепления она должна являться
касательной к обеим основным окружностям (радиусы [pic]и
[pic]соответственно).
На каждом колесе строим профили зубьев. Эвольвентные профили зубьев
колеса строим как траекторию точки прямом при перекатывании ее по основной
окружности колеса без скольжения. Т.к. [pic][pic] то из начала эвольвенты
проводим прямую параллельную оси зуба и делаем сопряжение с окружностью
впадин радиусом [pic]. От построенного профиля зуба откладываем толщину
зуба по делительной окружности по окружности вершин и проводим
аналогичный профиль другой стороны.
Аналогичные построения проводим для второго зубчатого колеса.
(станочное зацепление).
Проводим делительную и основную окружности окружности вершин и
впадин. Откладываем от делительной окружности выбранное смещение [pic] и
проводим делительную прямую исходного производящего контура реечного
инструмента. На расстоянии
ha*·m=1·3.5=3.5 вверх и вниз от делительной прямой проводим прямые
граничных точек а на расстоянии ha*·m + c* ·m=1·3.5 + 0.25·3.5=4.375 -
прямые вершин и впадин. Станочно-начальную прямую проводим касательно к
делительной окружности в точке Рс (полюс станочного зацепления). Проводим
линию станочного зацепления NРс через полюс станочного зацепления Рс
касательно к основной окружности в точке N. Строим исходный производящий
контур реечного инструмента. Для этого от точки пересечения вертикали с
делительной прямой откладываем влево по горизонтали отрезок в [pic] шага
равный 0.25··m=0.25·3.14·3.5=2.7475 и через конец его перпендикулярно
линии зацепления NРс проводим наклонную прямую которая образует угол с
вертикалью. Эта прямая является прямолинейной частью профиля зуба исходного
производящего контура инструмента. Закругленный участок профиля строим как
сопряжение прямолинейной части контура с прямой вершин или с прямой впадин
окружностью радиусом ρ=0.4·m=1.4. Расстояние между одноименными профилями
зубьев исходного контура равно шагу P = ·m=3.14·3.5=10.99.
5. Определим графически коэффициент перекрытия[pic]:
=Tb Pb =6654=1.22 что согласуется с аналитическим расчетом.
6. Выводы: спроектировано и построено эвольвентное зубчатое зацепление.
Выбранные коэффициенты смещения обеспечивают отсутствие подреза и
заострения: [pic]>[pic] [pic]>[pic] и плавность зацепления [pic].
Проектирование планетарного зубчатого механизма с цилиндрическими
Цель: рассчитать планетарный редуктор обеспечивающий заданное
передаточное отношение и имеющий наименьший размер.
Числом сателлитов в планетарном редукторе к=3.
Передаточное отношение редуктора явно не задано поэтому мы его
передаточное отношение редуктора
Вычисление чисел зубьев колес редуктора:
3. Проверяем условие сборки:
[pic] где N – целое число.
При любом значении P N будет целым.
Проверяем условие соседства:
по неравенству [pic]>[pic]
866>0.77 - условие соседства выполняется.
5. Определим графически передаточное отношение:
6. Вывод: спроектирован планетарный редуктор обеспечивающий
передаточное отношение [pic] что подтверждают аналитический и
графический расчет с допустимым отклонением между ними так же
выполняются условия сборки и соседства.
Динамическое исследование основного механизма поперечного-
строгального станка с качающейся кулисой
Цель: 1. спроектировать маховик который обеспечит заданную
неравномерность вращения.
определить закон движения начального звена.
Наименование параметра ОбозначениРазмерность Числовые
Максимальная длина хода ползуна Н м 045
Длина перебега резца в долях от хода Н д м 006Н
Коэффициент изменения скорости ползуна К 15
Межосевое расстояние между опорами ос м 038
Сила резания Ррез Н 1800
Сила трения между ползуном и F Н 180
Масса ползуна М5 кг 72
Масса кулисы М3 кг 20
Момент инерции кулисы относительно осиI3S кг(м2 011
проходящей через ее центр тяжести
Отношение расстояния от точки С до CS3CD 05
центра тяжести кулисы к длине кулисы
Координата центра тяжести ползуна S5 м 0152
Вылет резца р м 008
Маховой момент ротора электродвигателя MD2д кгм2 042
Маховой момент зубчатых механизмов MD2 кгм2 065
приведенный к валу электродвигателя
Угловая координата для силового расчетаj1 град 150
Максимальный подъем толкателя h м 0039
Длина толкателя BN м 012
Коэффициент неравномерности вращения ( 120
Число оборотов кривошипа n1 обмин 61
Число оборотов электродвигателя nд обмин 950
2. Находим размеры механизма:
Определяем масштаб [pic]
Строим механизм в 12 положениях.
3. Замена основного механизма динамической моделью
Динамическая модель представляет собой однозвенный механизм закон
движения которого совпадает с законом движения первого звена. Динамическая
модель нагружена приведенным моментом сил и обладает приведенным моментом
инерции действие которых эквивалентно действию реальных сил и масс. В
качестве динамической модели мы принимаем начальное звено – кривошип.
Определяем параметры динамической модели.
Приведенные моменты инерции определяются из условия равенства
кинетической энергии модели и механизма.
Результаты расчетов сводим в таблицу:
Размерность 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [pic] Кгм2 01815
[pic] Кгм2 2 162 1 026 018 32 737 32 018 026 1 162
[pic] Кгм2 21815 177 1096 0284 0198 349 803 349 0198
84 1096 177 Строим график приведенного момента инерции второй
группы звеньев механизма IIIпр в масштабе [pic].
Определение момента приведенного
Для силы сопротивления
Размерность 0 1 2 2’ 3 4 5 6 7 8 9 9’ 10 11 P H
80 1980 1980 [pic] Н м 330.66 297 237.6 178.2
8.2 237.6 297 [pic] Нм 0 -16 -12 -7 -5.4 5 20 0 -20
Строим график нагрузки Р в масштабе [pic]
Строим график приведенного момента сил полезного сопротивления в масштабе
4. Определение передаточных функций
Кинематические передаточные функции определяем методом планов
скоростей. Для этого строим для всех положений механизма планы скоростей в
произвольном масштабе.
Проекция кинематической передаточной функции точки Е на ось Х
Кинематическая передаточная функция точки [pic]
Кинематическая передаточная функция точки [pic] на ось Y
Передаточное отношение от звена 3 и звена 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Ve 0.167 0.15 0.12 0.06
05 0.21 0.32 0.21 0.05 0.06 0.12 0.15 U31 0.22 0.2 0.16
08 0.07 0.28 0.42 0.28 0.07 0.086 0.16 0.2 Vqs3 0.084
08 0.06 0.03 0.026 0.1 0.16 0.1 0.026 0.03 0.06 0.08 Vqs3y
Строим графики в масштабе:
5. Построение графика работ
Для получения диаграммы работы сил полезного сопротивления графически
проинтегрируем кривую приведенного момента сил полезного сопротивления.
Постоянную интегрирования К примем равной 408 мм тогда масштаб[pic].
Проинтегрировав графически зависимость [pic] получим график[pic].
Проведем через 12-ую точку вертикальную прямую. График работы [pic]
отсекает на этой прямой отрезок [pic]. Откладываем этот отрезок вверх от
оси φ т.к. [pic]. Верхний конец этого отрезка соединяем с началом отсчета
получая график работы [pic]. Складываем эти два графика [pic] и [pic] по
точкам получаем конечный график работы[pic]. Его конечная ордината равна
нулю. Это признак установившегося режима движения.
Имея все необходимые параметры строим график суммарного приведенного
6 .Определение [pic]
График кинетической энергии второй группы звеньев механизма будет
иметь такой же вид но в масштабе
T = 2* II1ср2 = 210(6130)2 = 049 ммДж
7. Построение графика кинетической энергии 1 группы звеньев
Для построения кривой [pic] необходимо из ординат кривой [pic] в
каждом положении механизма вычесть отрезки изображающие [pic] взятые из
На построенной кривой [pic] находим точки соответствующие [pic] и
[pic] и определяем максимальное изменение кинетической энергии I группы
звеньев за период одного цикла.
[pic]-отрезок в мм изображающий [pic] в масштабе [pic].
Получаем приведенный момент инерции I группы звеньев необходимый для
поддержания заданной неравномерности главного вала машины.
Для обеспечения требуемого коэффициента неравномерности следует установить
[pic] в =03D d = 08D где b – ширина обода D – наружный диаметр
обода d – внутренний диаметр обода [pic] - удельная масса материала.
Наружный диаметр маховика слишком большой поэтому его надо установить на
вал электродвигателя. В этом случае.
В таком случае наружный диаметр маховика будет: [pic]=0312(м)
Внутренний диаметр d = 08D=080312=0249(м)
Толщина в =03D=030312=00936(м)
9. Определение закона движения
График [pic] приближенно такой же как и график [pic].
графика угловой скорости определяется по формуле [pic]
Рассчитываем графическую величину [pic] и отложив [pic] от уровня
[pic] получаем положение оси [pic] относительно которой график [pic]
будет показывать изменение угловой скорости входного звена [pic] за один
цикл установившегося режима движения.
10.Вывод: рассчитан маховик обеспечивающий заданную неравномерность
получен закон движения звена приведения.
Проектирование кулачкового механизма поперечной подачи стола
Цель: спроектировать кулачковый механизм минимальных размеров
обеспечивающий заданный закон движения толкателя.
1. Построение кинематических диаграмм методом графического интегрирования
Строим график кинематической передаточной функции ускорения. По оси
абсцисс откладываем рабочий угол (раб. Вычисляем масштаб по оси ( :
Методом графического интегрирования строим график кинематической
передаточной функции скорости толкателя VqB((1).
Аналогично строим график зависимости перемещения толкателя от угла
поворота кулачка SB((1) графическим интегрированием диаграммы VqB((1).
Вычисляем масштабы по осям координат построенных графиков:
2. Определение основных размеров кулачкового механизма
Основные размеры механизма определяем с помощью фазового портрета
который строим в полярной системе координат с полюсом в точке С в масштабе:
[pic]. Для получения кулачкового механизма наименьших размеров необходимо
определить минимальный радиус кулачка ro.
На первом этапе от полюса С в направлении [pic] откладываем отрезок
равный длине толкателя в масштабе (S. [pic]
и проводим дугу радиусом [pic]. Для построения фазового портрета по
оси SB откладываем перемещение толкателя от начала координат. Значения
снимаем с графика зависимости перемещения толкателя [pic] от угла поворота
кулачка [pic]. От полученных точек откладываем отрезки кинематических
передаточных функций перпендикулярно линии перемещения толкателя.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [pic] 0
[pic] 0 63 9987 1103 9422 5232 0 0 5177 9371 1096
98 6215 0 Через крайние положения 3 и 10 проводим прямые
перпендикулярные отрезку СВ. От них в соответствующей точке В откладываем
угол равный максимальному допустимому углу давления. Полученную точку
пересечения соединяем с точкой принадлежащей нулевому положению.
Полученный отрезок является минимальным радиусом кулачка.
3. Построение профиля кулачка
Для построения профиля кулачка применяем метод обращения движения:
всем звеньям механизма условно сообщаем угловую скорость равную -(1. При
этом кулачок остается неподвижным а остальные звенья вращаются с угловой
скоростью равной по величине но противоположной по направлению угловой
Принимаем масштаб построения [pic]. Строим окружность радиусом r0 =
07мм который равен расстоянию от точки O точки пересечения лучей до
точки 0. Угол рабочего профиля кулачка ([pic]) разбиваем на 13 частей.
Через точки проводим лучи. Вдоль лучей от точек пересечения откладываем
отрезки соответствующие перемещениям толкателя в соответствующем масштабе.
Соединяя полученные точки плавной кривой получаем теоретический профиль
Для получения рабочего профиля кулачка строим эквидистантный профиль
отстоящий от теоретического на величину радиуса ролика. Для этого из концов
отложенных отрезков перемещений проводим дуги окружностей радиусом ролика.
Радиус ролика выбирают из ряда стандартных размеров и по соотношению rp =
[pic]r0. Назначаем радиус ролика rp = 3014мм. Рабочий профиль
получается как огибающая к проведенным дугам окружностей.
4. Кинематическая проверка аналогов скорости и ускорения.
Проведём проверку скорости и ускорения в 4-ом положении. Заменим
Высшую кинематическую пару двумя низшими и дополнительным звеном. Получим
механизм из 3-ёх звеньев ОA AB BC. Построим план скоростей для данного
механизма откуда найдём скорость точки В.
5. Выводы: Построили кинематические диаграммы движения толкателя с
учётом заданного характера изменения ускорений толкателя. Определили
основные размеры кулачкового механизма наименьших габаритов с учётом
максимально допустимого угла давления [pic].Построили профиль кулачка.
Сделали проверку скорости и ускорения в 5-ом положении.
Список используемой литературы
«Теория механизмов и машин» под редакцией Фролова Н.В.
Попов С.А. «Курсовое проектирование по теории механизмов и машин»
Методическое пособие «Проектирование кулачковых механизмов» под
редакцией Попова С.А.
Методическое пособие «Динамическое исследование механизмов при
установившемся режиме работы» под редакцией Г.И. Насоновой.
Методическое пособие «Проектирование планетарных редукторов» под

List 3.cdw

Курсовой проект по ТММ

List 1.cdw

Станочно-начальная прямая
Линия станочного зацепления
Курсовой проект по ТММ
Проектирование эвольвентной
планетарного редуктора