Проектирование и исследование механизмов поперечно-строгального станка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

Длины соответствующих звеньев:

мм.

.

мм.

Ход рабочего звена Н=450 мм.

Момент инерции третьего звена относительно оси, проходящей через центр масс.

Массы третьего, четвертого и пятого звеньев соответственно:

кг; кг.

Коэффициент неравномерности хода машины .

Коэффициент изменения скорости хода k=1.5.

Угол качания коромысла кулачкового механизма.

Минимальный угол передачи.

Углы поворота кулачка, соответствующие удалению, дальнему стоянию, возвращению: , , .

Число оборотов в минуту звена О₂А .

Число оборотов в минуту звена О₃А .

Масштаб индикаторной диаграммы Н/мм.

Диаграмма ускорений коромысла : диаграмма А.

Модуль первой зубчатой пары .

Модуль второй зубчатой пары .

Модуль третьей зубчатой пары .

Число зубьев четвертого зубчатого колеса .

Число зубьев пятого зубчатого колеса .

Зацепление колес - неравносмещенное.

1. Кинематическое и силовое исследование механизма

1.1 Определение геометрических размеров звеньев механизма

По заданному коэффициенту k определяем угол :

.

По известной величине Н (ход ползуна) определяем

;

.

Из соотношения найдем

..

, следовательно .

, следовательно .

1.2 Структурный анализ кулисного механизма

Примем следующие обозначения звеньев механизмов: О - стойка, 1 - кривошип , 2 - камень А кулисы, 3 - кулиса , 4 - шатун BF, 5 - ползун F.

Количество подвижных звеньев n=5.

Кинематические пары: 1) стойка - кривошип , 2) кривошип - камень А, 3) камень А - кулиса , 4) кулиса - стойка, 5) кулиса - шатун BF, 6) шатун BF - ползун F, 7) ползун F - стойка.

Количество кинематических пар пятого класса . Степень подвижности механизма .

Структурные группы механизма: 1) стойка - кривошип - механизм I класса, I порядка по Артоболевскому, I класса, I порядка по Ассуру. 2) камень А - кулиса - группа II класса, II порядка по Артоболевскому и по Ассуру. 3) шатун - ползун - группа II класса, II порядка по Артоболевскому; I класса, II порядка по Ассуру. Механизм относится к II классу, II порядку по Артоболевскому; I классу, II порядку по Ассуру.

Рисунок 1. Механизм поперечно-строгального станка



n=2

p₅=3

W=0

II класс, II порядок по Артоболевскому

Iкласс, II порядок по Ассуру

n=2

p₅=3

W=0

II класс, II порядок по Артоболевскому

II класс, II порядок по Ассуру



W=1

I класс, I порядок по Артоболевскому

Iкласс, I порядок по Ассуру

Рисунок 2. Структурный анализ механизма

1.3 Кинематическое исследование шестизвенного механизма

Планы механизма. Строим механизм (масштаб 1:2.5) (лист I). Строим планы механизма, начиная с построения положений ведущего звена - кривошипа . Кривошип изображается в 15 положениях (в приложении на листе I указаны два положения механизма - рабочего и холостого хода).

Рабочий ход

План скоростей.

Угловая скорость вращения кривошипа .

Скорость точек определяем по формуле . Пусть . .

Масштаб плана скоростей .

Скорость точки определяем графическим решением уравнения

, ||

, , . .

Угловая скорость звена .

Ускорение Кориолиса . Обозначим направление ускорения Кориолиса, для чего повернем вектор по направлению угловой скорости на 90°.

Скорость точки В найдем по формуле ,

- откладываем на плане скоростей.

Чтобы определить скорость точки F, воспользуемся векторным уравнением:

, bfBF.

, следовательно .

Скорость центров масс кулисы 3 находим по теореме о подобии ,.

План ускорений.

Ускорение точки А₁ и А₂ найдем по формуле , . Пусть .

Масштаб ускорений

.

, соответственно

, .

Решим графически уравнения

, ,

, .

.

Угловое ускорение звена .

Ускорение точки В определяем на основании теоремы о подобии , .

Ускорение точки F определяем графическим построением уравнения, ||.

, следовательно .

Ускорение центров масс кулисы 3 находим по теореме о подобии

.

Следовательно,

.

Холостой ход

План скоростей.

Скорость точки определяем графическим решением уравнения

, ,

, , ||. .

Угловая скорость звена .

Ускорение Кориолиса .

Скорость точки В найдем по формуле .

Чтобы определить скорость точки F, воспользуемся условием, что ||хх и векторным уравнением:, bfBF.

, следовательно .

Скорость центров масс кулисы 3 находим по теореме о подобии

,

.

План ускорений.

Ускорение точки А₁ и А₂ найдем по формуле ,

. Пусть .

Масштаб ускорений

.

,

соответственно определяем как . .

Решим графически уравнения

, .

.

Угловое ускорение звена

.

Ускорение точки В определяем на основании теоремы о подобии , .

Ускорение точки F определяем графическим построением уравнения, ||.

. Следовательно, .

Ускорение центра масс кулисы 3 находим по теореме о подобии . Следовательно, .

1.4 Кинетостатическое исследование шестизвенного механизма

Определение результирующих сил инерции звеньев:

1. Кулисы

Рабочий ход: .

Холостой ход: .

2. Ползуна :

Рабочий ход: .

Холостой ход: .

Определение радиуса инерции:

кулисы

.

;

Определение сил тяжести звеньев

Сила тяжести кривошипа , где - масса зубчатого колеса 5.

Массу определяем через массу венца зубчатого колеса.

, - диаметр окружности впадин колеса 5.

.

S - площадь поперечного сечения венца колеса. Приняв ширину колеса равной b=40 мм и высоту сечения венца , определим площадь сечения: . - плотность материала колеса, считая, что колесо чугунное, принимаем.

;

.

Сила тяжести:

Кулисы ;

Резцовой призмы .

Рабочий ход.

Рассмотрим условия равновесия структурной группы, состоящей из ползуна 5 и шатуна 4.

;

Н;

;

Следовательно, результирующая сила инерции ;

Сила инерции ;

Определяем масштаб построения плана сил

;

;

Силы , найдем графически, построив план сил согласно уравнению

;

;

Рассмотрим группу, состоящую из звеньев и .

Условие равновесия: ;

Следовательно,

Определяем масштаб построения плана сил

;

Силy найдем графически, построив план сил согласно уравнению.

.

Рассмотрим равновесие ведущего звена - кривошипа :

;

;

Следовательно, ;

Определяем масштаб построения плана сил

;

.

Силy найдем графически, построив план сил согласно уравнению.

.

Холостой ход

Рассмотрим условия равновесия структурной группы, состоящей из ползуна 5 и шатуна 4.

;

Н;

Сила инерции .;

Определяем масштаб построения плана сил ;

;

Силы , найдем графически, построив план сил согласно уравнению

;

;

Рассмотрим группу, состоящую из звеньев и .

Условие равновесия: ;

Следовательно,

Определяем масштаб построения плана сил

;

;

;

;

Силy найдем графически, построив план сил согласно уравнению.

.

Рассмотрим равновесие ведущего звена - кривошипа :

;

;

Следовательно, ;

Определяем масштаб построения плана сил ;

.

Силy найдем графически, построив план сил согласно уравнению.

.

2. Синтез зубчатого привода

Исходные данные: .5, , , . Коэффициенты смещения для неравносмещенного зацепления , , коэффициент высоты зуба , коэффициент радиального зазора , коэффициент обратного смещения .

Сумма коэффициентов смещения .

Сумма зубьев .

Коэффициент отклонения межцентрового расстояния определяем по формуле .

Угол зацепления: ,

следовательно .

Шаг зацепления .

Радиусы делительных окружностей: ; .

Радиусы основных окружностей: ;

.

Толщина зуба по делительной окружности

;

.

Радиусы окружностей впадин:

;

.

Межцентровое расстояние:

.

Радиусы начальных окружностей:

;

.

Глубина захода зубьев: .

Высота зуба .

Радиусы окружностей выступов: ;

.

редуктор шестизвенный кинематический

Вычислим коэффициент увеличения .

2.1 Синтез планетарного редуктора

Передаточное отношение .

Так как в строгальных станках кривошипом служит последнее зубчатое колесо привода, .

.

.

Принимаем число двойных сателлитов редуктора k=3, минимальное число зубьев сателлитов , .

По условиям соседства определяем предельные значения величин

и .

;

.

Задаемся ,

.

Следовательно, ,

- из уравнения соосности, =4а

Если , то , , , .

Определяем радиусы:

, ,

, ,

.

Строим редуктор в масштабе 1:1.

Строим план чисел оборотов. По формуле Виллиса определяем передаточное отношение редуктора

, где .

Следовательно, .

По плану чисел оборотов .

Тогда погрешность .

3. Синтез кулачкового механизма

3.1 Построение диаграмм движения

Построим диаграмму движения ведомого звена коромысла , исходя из заданной диаграммы.

Интегрируя графически диаграмму , получаем график . Полюсное расстояние Н=28.9655 мм. Интегрируя таким же образом диаграмму , получаем . Полюсное расстояние Н=21.82 мм.

Определяем масштабы углового перемещения коромысла

.

Масштаб оси абсцисс диаграмм движения толкателя

, где

Масштаб оси ординат диаграммы

.

Масштаб оси ординат диаграммы

.

3.2 Определение минимального радиуса кулачка

Из произвольной точки проводим дугу окружности радиусом, равным длине коромысла . На дуге отмечаем точку - начальное положение центра ролика коромысла, от которой откладываем величину хода центра ролика . На лучах, представляющих собой крайние положения центра ролика, откладываем дополнительно 100 мм. От полученной точки откладываем прямую . Лучи , ,… представляют собой мгновенные положения коромысла при его перемещении в соответствии с заданным законом движения, а точки пересечения этих лучей с дугой определяют положения центра ролика.

На лучах , ,… от точек пересечения их с дугой откладываем отрезки, равные: .

Соответственно, мм:

;

;

;

;

;

;

;

3.3 Профилирование кулачка

Профилирование проводим методом обращения движения. Строим треугольник . Радиусом проводим дугу, соответственно разбивая на части , , …. В сторону, противоположную вращению кулачка откладываем углы , , . Дуги, стягивающие отмеченные углы делим на части ….. Из точек , ,…. проводим радиусом равным длине делаем засечки на соответствующих дугах, проведенных из центра через точки деления дуги . Соединив плавной кривой точки получим центровой профиль кулачка. Практический профиль вычерчиваем как огибающую семейства дуг радиуса ролика, которые проведены из центров, расположенных на центровом профиле кулачка.

Радиус ролика должен быть меньше минимального радиуса кривизны центрового профиля кулачка. Радиус кривизны участка наибольшей кривизны центрового профиля кулачка определяем следующим образом. Из средней точки участка наибольшей кривизны описываем окружность произвольного радиуса. Отмечаем точки пересечения этой окружности с профилем кулачка и из них описываем новые окружности тем же радиусом. Через точки взаимного пересечения описанных окружностей проводим прямые до пересечения их в точке О, которую можно принять за центр кривизны данного участка. Определяем величину минимального радиуса кулачка . Принимаем радиус ролика как 30% от , следовательно радиус ролика равен 10 мм.

Список литературы

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: учебник для вузов. - 5-е изд., стер. - М.: Альянс, 2008. - 640 с.

2. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин: Учебное пособие для вузов - 6-е изд., стер. Перепечатка с 5 издания Кореняко А.С., Кременштейн Л.И., Петровский С.Д., Овсиенко Г.М. Медиа Стар, 2006. - 330 с.

3. Попов С.А., Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин. М.: Высшая школа, 2002.-412 с.

4. Фролов К.В., Попов С.А., Мусатов А.К. Теория механизмов и механика машин. Учебник для втузов 5-е изд., стер. под ред. Фролова К.В. - Москва: Высшая школа, 2005. - 496 с.

5. Саразов, А.В.: ТММ Курсовое проектирование. [Электронный ре-сурс]: Учебное пособие /А.В. Саразов, К.В. Худяков // Сборник «Учебные пособия». Серия «Технические дисциплины». Электрон.текстовые дан. (1 файл: 4,7 MB) - Волгоград: ВПИ (филиал) ВолгГТУ, 2016.-систем. требования: Windows 95 и выше; ПК с процессором 486+; CD-ROM.

Размещено на Allbest.ru

...