Проектирование и кинематический анализ кулачкового механизма

4 положение.cdw

Положения звеньев механизма

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

3 положение.cdw

Положения звеньев механизма

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

Положения звеньев механизма

6 положение .cdw

Положения звеньев механизма

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

Положение звеньев механизма

Кулачок.cdw

5 положение .cdw

Положения звеньев механизма