Теория механизмов и машин

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ  НАЦИОНАЛЬНЫЙ  АВТОМОБИЛЬНО – ДОРОЖНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра   деталей   машин u TMM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

 

к курсовому  проекту по ТММ 

 

 

Вариант 4-2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                    Выполнил: студент гр. А-31

                                                          Войтенко И.О.

                                                                                   Проверил: доц. Бобошко А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХАРЬКОВ 2010

 

 

 

 

Оглавление

Стр.

1. Задание на курсовое проектирование  2

1.1 Описание  механизма  3

1.2 Исходные  данные  4

2. Проектирование  кривошипно-шатунного механизма    6

2.1 Определение   основных  размеров  звеньев   механизма  6

2.2 Построение  планов  скоростей   6

2.3 Приведение  масс и сил  7

2.4 Определение   избыточной  работы  внешних   сил  10

2.5 Определение  момента  инерции маховика  11

3. Определение  закона движения и силовой  расчет кривошипно-шатунного механизма  12

3.1 Определение закона движения   12

3.2 Силовой   анализ  13

4. Проектирование  кулачкового и планетарного зубчатого  механизмов  16

4.1 Определение  основных размеров кулачкового 

механизма  16

4.2 Построение  профиля кулачка  17

4.3 Синтез планетарного  механизма.   18

5. Проектирование  эвольвентного зубчатого зацепления  19

Список литературы  21

Приложение  22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 Описание механизма

Брикетировочный автомат  предназначен для прессования брикетов из различных материалов. Основа автомата – кулисный механизм. Движение от электродвигателя через планетарный редуктор передаётся кривошипу. Связанный с ним шарнирно камень скользит вдоль кулисы, заставляя её совершать возвратно-вращательное движение вокруг опоры С. Через шатун движение передаётся ползуну, производящему прессование (брикетирование) материала. Диаграмма сил сопротивления, действующих на ползун при прессовании, представлена на рисунке (в данных). Данные для построения указанной диаграммы рассчитывают по формуле

Механизм выталкивателя  готовых брикетов (на чертеже не показан) включает кулачок с поступательно  движущимся центральным роликовым  толкателем. Кулачок приводится в  движение от вала кривошипа через зубчатую передачу, состоящую из зубчатых колёс. Кулачковый механизм должен обеспечить заданный закон движения толкателя. Маховик установлен на выходном валу редуктора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Исходные данные

 

 

2 Проектирование кривошипно-кулисного механизма и выбор маховика

2.1 Определение основных размеров  звеньев механизма

         Одна из задач проектирования  механизмов состоит в таком  подборе размеров звеньев (расстояний между осями шарниров), при котором во время работы механизма удовлетворялись бы некоторые наперед поставленные требования, например: чтобы отдельные точки звеньев перемещались по заданным траекториям или по определенному закону. В нашем случае требуется соблюсти заданное соотношение средней скорости движения выходного звена на обратном (холостом) и прямом (рабочем) ходах.

         Определим величину углового  хода шатуна  , выраженную в градусах. Для этого воспользуемся заданной величиной коэффициента изменения скорости Кv, как известно и являющегося отношением средних скоростей выходного звена на обратном и прямом ходах:

   

Далее необходимо осуществить графическое решение  задачи по построению кинематической схемы основного рычажного механизма брикетировочного автомата.

   При помощи построений  определяем длинны звеньев механизма    l_OA =OA=0,086м ;      l_BD = 0,1215м      l_BC = 0,405м

 

2.2 Построение планов положений механизма и планов скоростей.

Строим планы совмещенных положений для 12 равноотстоящих друг от друга положений входного звена. Кроме названных 12-ти положений на чертеже дополнительно показаны некоторые промежуточные положения механизма: за начальное (0-е) положение принимаем начало рабочего хода механизма, а 7’- мертвое положение механизма в конце рабочего хода.

            Для каждого из перечисленных  положений механизма надо построить  план линейных скоростей.

             Для этого:

Находим угловую (среднюю) скорость кривошипа:

.

Находим линейную скорость точки А:

      

        где l_OA- длина кривошипа 1.

Определяем  масштабный коэффициент планов скоростей

       .

        

       

        

       

      

2.3 Приведение  масс и сил

          Моменты инерции шатуна 4 и кулисы 3, в соответствии с заданием, определяются по формулам:

;

.

где m₃ и m₄ - массы звеньев 3 и 4, соответственно.

          Найдем приведенные массы  m_прII звеньев II-й группы для каждого положения механизма.                        

По определению  приведенная масса - это такая воображаемая точечная масса (помещенная в любой подвижной точке механизма), кинетическая энергия которой равна кинетической энергии всех движущихся звеньев приведения.

       В общем виде приведенная к точке А масса звеньев 3,4 и 5 находится по формуле:

.

        В данном случае приведенную массу можно найти по преобразованной формуле, в которой линейные и угловые скорости точек и звеньев выражены через соответствующие отрезки на плане скоростей:

.

      Далее находим приведенный момент инерции J_прII

           По определению приведенный момент инерции - это момент инерции вращающегося вместе со звеном ОА воображаемого тела (звена приведения) кинетическая энергия которого в каждом рассматриваемом положении механизма равна сумме кинетических энергии всех звеньев приведения.

Из определения  вытекает, что:

           Все переменные величины (p_Vs_3, p_Vs₄, db, p_Vd, p_Vb) и результаты расчетов   ( m_пр, J_npII) приведены в таблице 1 (приложение А).

 

   По вычисленным значениям I_прII строим график зависимости

выбрав при этом соответствующие  масштабные коэффициенты:

                График  строим повернутым на 90⁰ , с целью упрощения построения диаграммы энергомасс.

Приведение сил.

                При исследовании движения механизма,  находящегося под действием множества  заданных сил, удобно все эти  силы, действующие на различные  звенья, заменять одной или несколькими силами, приложенными только к одному из звеньев механизма. При этом необходимо, чтобы работа на рассматриваемом возможном перемещении или мощность, развиваемые заменяющей силой, были соответственно равны сумме работ или мощностей, развиваемых заменяемыми силами.

                  Заменяемые силы называются силами приведения, а заменяющая сила получила название приведенной (Р_пр). Она может быть найдена в соответствии с теоремой Жуковского о «жестком рычаге» по формуле:

где     F - i-тая сила приведения, Н;

h_i - плечо действия i-moй силы приведения на рычаге Жуковского, мм:

р_Vа - плечо действия приведенной силы Р_пр, мм.

                   Силу Р_пр прикладываем в точке а₁ плана скоростей, принятого Жуковским в качестве «жесткого рычага», перпендикулярно отрезку р_Vа.

                    Из теоремы Жуковского о «жестком  рычаге» следует: если в соответствующие точки повернутого на 90⁰ плана линейных скоростей перенести силы, действующие на звенья механизма, то суммарный момент этих сил вокруг полюса плана будет пропорционален их мощности.

                 Строим планы скоростей поворачивая в одном направлении на 90 °, а все силы при переносе на план скоростей не поворачиваем.

                  Покажем на планах скоростей  все внешние силы (в данном  случае они являются силами приведения), действующие на механизм.

В точках   S₃ и S₄ на планах скоростей прикладываем соответствующие силы тяжести звеньев g₃   и g₄, величины которых подсчитываем по формулам

где     g=10 м/с² - ускорение свободного падения.

             На рабочем ходу прикладываем силу сопротивления.

Находим силу Р_пр механизма по формуле:

Далее находим  приведенный момент сил сопротивления

По результатам  вычислений строим в правой части  чертежа график зависимости М_пр=М_пр(ϕ) в следующих масштабах:

Все переменные величины (h₃, h_4, P_c) и результаты расчетов (Р_пр, M_пр) приведены в таблице 2 (приложение Б).

2.4 Определение избыточной работы  внешних сил.

График работы сил сопротивления строим методом  графического интегрирования графика приведенного момента сил. При этом полюсное расстояние на графике приведенного момента сопротивления : Н=57,3 мм.

Масштаб графиков работы:

Так как движение механизма установившееся, работа движущих сил за цикл равна работе сил сопротивления А^д = А^с.

Для получения  графика приведенного момента движущих сил продифференцируем график работы движущих сил. С этой целью перенесем угол наклона графика А^д в полюс Р графика М_пр.

При пересечении наклонного луча, идущего из полюса Р, с осью ординат графика получим точку, из которой проводим горизонтальную прямую. Эта прямая – ось для .

Далее строим график полной работы внешних сил. Он получается путем  вычитания из графика работы движущих сил графика работы сил сопротивления.

Масштаб этого графика  оставляем равным масштабу графика  работы движущих сил и сил сопротивления ( ).

Диаграмму энергомасс строим в масштабах , по графикам и , методом исключения параметра φ.

2.5 Определение момента инерции маховика

Как известно, для определения момента инерции  звеньев I группы I^I_пр по методу Виттенбауэра достаточно иметь неполную диаграмму энергомасс, которая уже построена на листе 1.

Проводим на поле диаграммы энергомасс касательные  к петле под углами по отношению к оси абсцисс ψ_мах сверху и ψ_min снизу. Величины углов ψ_мах и ψ_min находим с использованием формул:

 

Замерив на оси  Е отрезок mn между точками пересечения касательных с осью ординат, можем подсчитать момент инерции звеньев первой группы:

где - заданный коэффициент неравномерности движения машины.

Далее необходимо рассчитать момент инерции маховика по условию

где  J^кр_пр - момент инерции звеньев I группы без маховика, приведенный к выходному валу редуктора.

Тогда ,т.к. 1-е слагамое меньше 2-го, маховик не устанавливается,потому что выполняется требование по коефициенту неравномерности.

3 Определение  закона движения и силовой расчет кривошипно-коленного механизма

3. 1 Определение  закона движения

             Для осуществления силового расчета кривошипно-коленного механизма необходимо вначале определить действительные угловую скорость и угловое ускорение его входного звена.

Действительная угловая скорость кривошипного вала определяется формулой:

где - значение избыточной работы внешних сил для i-го положения,

       I^II_прi - значение момента инерции звеньев II группы в i-м положении,

       I^I_пр -момент инерции звеньев I группы,

Значение угловых ускорений для каждого из 12-ти равноотстоящих положений можно определить по формуле

где     tga_i - тангенс угла наклона касательной к графику в i-м положении механизма.

         В нашем случае необходимо  определить значение только в положении механизма, которое задано для силового расчета:

После этого построим на листе 2 заданное положение механизма  и уточненные планы скоростей  и ускорений для этого положения. Затем произведём определение угловых и линейных ускорений в центрах тяжести звеньев. Это даст возможность выполнить определение сил и моментов сил инерции звеньев механизма.