Проектирование и исследование механизмов поперечно-строгального станка с качающейся кулисой

моя РПЗ12.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 Кузнецов А.И.
Руководитель проекта Галемин Е.К.
Краткое описание работы механизмов поперечно-строгального станка с
качающейся кулисой ..стр.4
Проектирование эвольвентной зубчатой передачи стр.6
1. Исходные данные стр.6
2. Геометрический расчет . стр.6
3. Построение проектируемой зубчатой передачи ..стр.9
4. Построение профиля колеса изготовляемого реечным инструментом
(станочное зацепление) .стр.9
5.Определение графически коэффициента перекрытия [pic] .стр.10
Проектирование планетарного зубчатого механизма с
цилиндрическими колесами .стр.11
1. Вычисление передаточного отношения редуктора .стр.11
2. Вычисление чисел зубьев колес редуктора .стр.11
3. Проверка условия сборки ..стр.11
4. Проверка условия соседства .стр.11
5. Определение радиусов колес стр.12
6. Определение графически передаточного отношения стр.12
Динамическое исследование механизма при установившемся
режиме движения .стр.13
2. Определение передаточных функций скоростей
кривошипно-ползунного механизма ..стр.13
3. Синтез кулачкового механизма стр.14
4. Определение передаточных функций .стр.14
5. Построение индикаторной диаграммы стр.15
6. Замена механизма динамической моделью стр.15
7. Построение графиков приведенных моментов от сил стр.15
8. Построение графика приведенных моментов инерции стр.17
9. Построение графика работы стр.17
10. График кинетической энергии ..стр.18
11. Расчёт маховика ..стр.18
12. Определение закона движения маховика .стр.20
Проектирование кулачкового механизма поперечной подачи стола стр.21
2. Построение кинематических диаграмм методом графического
интегрирования ..стр.21
3. Определение основных размеров кулачкового механизма стр.22
4. Построение профиля кулачка стр.23
5. Кинематическая проверка аналогов скорости и ускорения стр.23
Краткое описание работы механизмов
Поперечно-строгального станка с качающейся кулисой
Поперечно-строгальный станок предназначен для строгания
поверхностей. Резание металла осуществляется резцом закреплённым в
резцовой головке при его возвратно поступательном движении в
горизонтальном направлении.
Для движения ползуна с резцовой головкой используется шестизвенный
кривошипно-кулисный механизм с качающейся кулисой состоящий из кривошипа
камня 2 кулисы 3 шатуна 4 и камня 5. диаграмма сил сопротивления
движению ползуна 5 показана на рис. 4-2б. Ход ползуна выбирается в
зависимости от длины [pic]обрабатываемой поверхности с учетом перебегов
[pic] в начале и в конце рабочего хода. Длина хода может изменяться при
наладке станка для обработки конкретных деталей. Средняя скорость резания
выбирается в зависимости от условий обработки. 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 качающегося толкателя 8(рис. 4-2а). Поворот толкателя 8
осуществляется от дискового кулачка который выполнен в виде паза в теле
зубчатого колеса. Регулирование подачи стола производится путём 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. 4-3а) и осуществить
подачу во время заднего перебега резца (в конце холостого и начале рабочего
ходов) в соответствии с циклограммой приведенной на рис. 4-4.
Проектирование эвольвентной зубчатой передачи.
Цель: спроектировать эвольвентное зубчатое зацепление обеспечивающее
передачу без подреза и заострения.
Число зубьев: [pic] [pic].
Угол главного профиля: [pic].
Угол наклона зубьев: [pic].
Коэффициент радиального зазора [pic].
Коэффициент высоты зуба: [pic].
2. Геометрический расчет.
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 [pic]вверх и вниз от делительной прямой проводим
прямые граничных точек а на расстоянии [pic] - 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 [pic] 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 [pic]. Расстояние между одноименными профилями зубьев исходного
контура равно шагу [pic].
5. Определим графически коэффициент перекрытия[pic]:
[pic] что согласуется с аналитическим расчетом.
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: подобрать число зубьев для планетарного редуктора имеющего
заданное передаточное отношение где к=3 z1=13 z2=25
1. Вычисление передаточного отношения редуктора:
передаточное отношение редуктора [pic]
Вычисление чисел зубьев колес редуктора:
Выбираем значение [pic] в пределах [pic] тогда принимаем [pic]
[pic] то определяем значение выражения [pic] и раскладываем его на
Принимаем что q=1 тогда z1=45 z2=108 z3=34 z4=187
Проверяем условие сборки:
[pic] где N – целое число.
При любом значении P N будет целым.
Проверяем условие соседства:
по неравенству [pic]>[pic]
866>0.718 - условие соседства выполняется.
5. Найдем радиусы колес:
Определим графически передаточное отношение:
Отклонение: [pic]=0.21% что меньше допустимого значения
отклонения равного 5%.
Спроектирован планетарный редуктор обеспечивающий передаточное
отношение [pic] что подтверждают аналитический и графический расчет
с допустимым отклонением между ними. Так же выполняются условия
сборки соседства и соосности.
Динамическое исследование механизма при установившемся режиме движения.
1. Цель: спроектировать маховик который обеспечивает заданную
неравномерность движения; определить закон движения начального звена.
2. Определение передаточных функций скоростей кривошипно-
ползунного механизма.
Исходные данные для расчета приведены в таблице 1. Таблица
Наименование параметра Обозначение Размерность Числовое
Длина хода ползуна [pic] м 038
длина перебега резца в долях [pic] м 005Н
Число оборотов кривошипа [pic] обмин 72
Число оборотов [pic] обмин 1440
Коэффициент изменения [pic] - 1.48
Сила резания Pmax H 1960
Сила трения между ползуном и [pic] H 196
Вес ползуна G5 H 6664
Вес кулисы G3 Н 196
Момент инерции кулисы [pic] [pic] 1568
Момент инерции шатуна [pic] [pic] 00294
Отношение длины шатуна к [pic] - 03
Расстояние между осями [pic] м 03
Координата центра тяжести [pic] м 025
Вылет резца [pic] м 008
Коэффициент неравномерности [pic] - [pic]
Маховой момент ротора [pic] кГ[pic] 016
Маховой момент зубчатых [pic] кГ[pic] 03
механизмов приведенный к валу
модуль зубчатых колёс 56 m мм 12
Число зубьев колес z5 - 13
3. Синтез кулачкового механизма:
Вычерчиваем план механизма в 12 положениях.
4. Определение передаточных функций.
[pic]Для каждого из положений механизма строят план возможных скоростей
задавшись произвольным постоянным отрезком [pic]мм соответствующим
скорости точки А1 принадлежащей кривошипу. Скорость точки определится
по векторной формуле VА3 = VА1 + VА3А1. Скорость точки В находим из
соотношения:pa3CA=pbCB с скорость точки D из векторной формулы VD = VB +
Далее находим аналоги скоростей и передаточные функции из
следующих соотношений:
Данные кинематического исследования сведены в таблицу 2. По данным
таблицы строим графики передаточной функции и аналогов скоростей точек
ПередаРазмеПоложение механизма
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 yTII(TII) мм 1635
35 yTII(A) мм 556 477 294 066 06 887 1886 887 06
6 294 477 556 Поскольку эти значения малы по сравнению с
изменением суммарной кинетической энергией ими можно пренебречь.
Для обеспечения заданного коэффициента неравномерности вращения
приведенный момент инерции первой группы звеньев должен быть равен
[pic] d=07D [pic] - для чугуна.
[pic] что сильно превышает размеры установки поэтому устанавливаем
маховик на быстроходном валу.
12. Определение закона движения кривошипа
График угловой скорости (1 имеет приблизительно такой же вид как и
графика угловой скорости определяется по формуле
На графике проводится линия проходящая через середину отрезка [pic]
соответствующая средней угловой скорости кривошипа. Расстояние от этой
линии до оси абсцисс:
На этом расстоянии от линии [pic] проводится ось абсцисс ('' относительно
которой график кинетической энергии первой группы звеньев будет являться и
графиком изменения угловой скорости вращения кривошипа за один цикл
установившегося движения механизма.
Выводы: рассчитан маховик обеспечивающий заданную неравномерность вращения
[p получен закон движения звена приведения.
Проектирование кулачкового механизма поперечной подачи стола.
1. Цель: Построить кинематические диаграммы движения толкателя с учётом
заданного характера изменения ускорений толкателя. Определение основных
размеров кулачкового механизма наименьших габаритов с учётом максимально
допустимого угла давления [pic].Построение профиля кулачка.
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:
3. 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.
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 14 15 16 [pic] 0
09 0 [pic] 0 8545 1139 1094 957 729 41 0 0 0 41
9 957 1094 1139 8545 0 Через крайние положения 2 и 14
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.
4. 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 =
95мм который равен расстоянию от точки O точки пересечения лучей до
точки 0. Угол рабочего профиля кулачка ([pic]) разбиваем на 16 частей по
31°. Фиксируем точки пересечения лучей проведенных через 5.31° из точки O
и окружности радиусом r0. 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 = 299мм. Рабочий профиль получается
как огибающая к проведенным дугам окружностей.
5. 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 AB4 B4C. Построим план скоростей для данного
механизма откуда найдём скорость точки В4.
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 4-ом положении.
«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

курсач 3 лист11.cdw

Курсовая работа по ТММ
КФ МГТУ им.Н.Э.Баумана

курсач 1 лист.cdw

станочно-начальная прямая
Курссовая работа по ТММ
Проектирование эвольвентной
планетарного редуктора
КФ МГТУ им Н.ЕБаумана

курсач 2 лист.cdw

Курсовая работа по ТММ
КФ МГТУ им. Н.Э.Баумана
Динамическое исследование