Проектирование и исследование механизма формовочной машины

Министерство образования  Республики Беларусь

УО «Барановичский государственный  университет»

Кафедра «Общенаучных дисциплин»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ 

И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ФОРМОВОЧНОЙ МАШИНЫ.

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка КП ТММиМ-2009.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           Руководитель       Выполнил

           Преподаватель       студент  3 курса                          

                   группы ТО(з)-32

 

 

 

 

 

Барановичи 2010

Содержание.

1. Исходные данные для проектирования. 2
2. Задачи исследования динамической нагруженности машинного агрегата. Динамическая модель машинного агрегата. Блок-схема исследования динамической нагруженности.  4 
3. Исследование динамической нагруженности машины в установившемся режиме движения. 7

3.1 Структурный анализ  рычажного механизма.  7

3.2 определение кинематических  характеристик рычажного механизма  методом планов. 8

3.2.1 Построение планов  положений механизма. 8

3.2.2 Построение планов  аналогов скоростей. 8

3.3 Определение приведенного  момента сил сопротивления  и приведенного момента движущих сил . 11

3.3.1 Определение сил  полезного (технологического) сопротивления. 11

3.3.2 Определение . 11

3.3.3 определение работы  сил сопротивления  и работы движущих сил . 12

3.3.4 Определение . 14

3.4 Определение переменной  составляющей приведенного момента  инерции . 14

3.5 определение постоянной  составляющей приведенного момента  инерции  и момента инерции маховика . 15

3.6 Определение закона  движения звена приведения. 16

3.7 Вывод. 17

4. Динамический анализ рычажного механизма. 18

4.1 Задачи и методы  динамического анализа механизма. 18

4.2 Кинематический  анализ механизма. 18

4.3  Силовой  расчет механизма. 22

4.3.1   Определение  сил инерции и моментов сил  инерции звеньев. 22

4.3.2 Кинетостатический  силовой анализ механизма. 22

5. Проектирование кулачкового механизма. 26

5.1 Задачи  проектирования. Исходные данные. 26

5.2 Определение  кинематических характеристик толкателя. 26

5.3 Определение основных  размеров кулачкового механизма. 29

4. Построение профиля кулачка. 30

5.5 Вывод. 30

6 Проектирование планетарной передачи. 31

6.1 Подбор чисел зубьев  и определение передаточного  отношения редуктора. 31

6.2 Синтез зубчатого зацепления. 33

6.3 Определение коэффициента полезного действия зубчатого механизма. 35

Литература 36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные для проектирования.

 

Кинематическая схема  рычажного механизма, диаграмма  усилий действующих на звено 5, схема кулачкового механизма, закон изменения аналога ускорения и схема передаточного зубчатого механизма приведены на рисунке 1.1. Исходные данные для расчетов приведены в таблице 1.1.

 

Рис. 1.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1

№ пол	Параметры	Обозначение	Размерность	Величина
1	Размеры звеньев механизма		м	0,3/0,14
			м	0,5/0,20
			м	1,2/0,55
			м	0,1/0,07
			м	0,35/0,07
2	Масса звеньев		кг	4,6/4,5
			кг	13,0/11,0
			кг	24,0/22,0
3	Моменты инерции звеньев		кг∙м2	0,25/0,20
			кг∙м2	0,4/0,30
			кг∙м2	0,6/0,60
4	Момент инерции двигателя		кг∙м2	0,06/0,10
5	Усилие резания		Н	550/580
6	Коэффициент неравномерности		-	0,06/0,05
7	Номинальная угловая скорость вала двигателя		С-1	145/100
8	Число зубьев колес		-	11/14
			-	25/33
9	Модуль зубчатой передачи		мм	5/5
			мм	5/3
10	Ход толкателя		мм	28
11	Угол положения  толкателя		град	85
12	Фазовые углы поворота кулачка:
	удаления		град	95
	дальнего стояния		град	15
	возвращения		град	95
13	Эксцентриситет		мм	5
14	Передаточное отношение  от солнечного колеса 1 к звену Н при неподвижном колесе 3		-	8/6
15	Число сателитов		-	3

 

 

 

 

 

 

 

2  Задачи исследования динамической нагруженности машинного агрегата. Динамическая модель машинного агрегата. Блок-схема исследования динамической нагруженности.

Задачами  исследования динамики машинного агрегата являются;

1. оценка динамической нагруженности машины в целом;
2. оценка динамической нагруженности отдельных механизмов, входящих в состав машины.

Оценка динамической нагруженности машины включает определение  уровня неравномерности вращения главного вала проектируемой машины и приведение его в соответствие с заданным коэффициентом неравномерности  вращения (динамический синтез машины по заданному коэффициенту неравномерности движения), а также определение закона вращения главного вала машины после достижения заданной неравномерности вращения (динамический анализ машины). Параметром, характеризующим динамическую нагруженность  машины, является коэффициент динамичности.

Динамическая  нагруженность отдельных механизмов машины оценивается величиной и направлением реактивных сил и моментов сил в кинетических парах (динамический анализ механизмов). Поскольку при определении реактивных нагрузок используется кинетостатический метод расчета, то динамический анализ механизмов включает последовательное выполнение кинематического анализа, а затем кинетостатического силового расчета.

Блок-схема  машинного агрегата показана на рисунке 2.1.

 

 

 

 

 

Рис 2.1

В движении входного звена исполнительного  рычажного механизма имеют место  колебания угловой скорости, основными  причинами которых являются:

1. несовпадение законов изменения сил сопротивления и движущих сил в каждый момент времени;
2. непостоянство приведенного момента инерции звеньев исполнительного и некоторых вспомогательных механизмов.

Чтобы учесть влияние названных  причин на закон движения входного звена исполнительного механизма, составляется упрощенная динамическая модель машинного агрегата и на ее основе – математическая модель, устанавливающая  функциональную взаимосвязь исследуемых  параметров.

Наиболее простой динамической моделью машинного агрегата может  быть одномассовая модель, представленная на рисунке 2.2.

Рис. 2.2

В качестве такой модели рассматривается условное вращающееся  звено – звено приведения, которое имеет момент инерции относительно оси вращения (приведенный момент инерции) и находится под действием момента сил (приведенного момента сил). В свою очередь , где - приведенный момент движущих сил; - приведенный момент сил сопротивления. Кроме того, , где - постоянная составляющая приведенного момента инерции; - переменная составляющая приведенного момента инерции.

Динамические характеристики и должны быть такими, чтобы закон вращения звена приведения был таким же, как и у главного вала машины (кривошипа 1 основного исполнительного рычажного механизма), т.е. , , .

Блок-схема исследования динамики машинного агрегата показана на рисунке 2.3.

Из схемы видно, что  в исследовании можно выделить следующие  этапы:

1. Исследование динамики машины:
1. Определение кинематических характеристик исполнительного механизма, которое включает нахождение крайних положений рабочего органа и соответствующих ему значений обобщенных координат, вычисление функций положений, аналогов скоростей и ускорений для ряда последовательных положений за 1 цикл движения.
2. Определение динамических характеристик звена приведения:
1. Приведенных моментов сил полезного сопротивления и движущих сил;
2. Приведенного момента инерции () и его производной.
1. Определение закона вращения звена приведения и оценка динамической нагруженности по коэффициенту динамичности.
3. Динамический анализ исполнительного механизма:
1. Кинематический анализ, включающий определение скоростей и ускорений точек и звеньев с учетом полученного закона вращения звена приведения.
2. Силовой расчет, целью которого является определение реакций в кинематических парах и уравновешивающего момента.

В проекте  исследованию задач динамической нагруженности  машины посвящен лист 1 (приложение 1), динамической нагруженности рычажного механизма – лист 2 (приложение 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.3

 

3 Исследование динамической нагруженности  машины в установившемся режиме движения

 

3.1 Структурный анализ  рычажного механизма

Целью структурного анализа механизма является определение  формулы строения механизма и  классификация входящих в его  состав структурных групп, так как  формула строения определяет порядок  выполнения кинематического и силового расчетов, а классы структурных групп  – методы расчетов.

Структурная схема основного исполнительного  механизма изображена на рис. 3.1. Число подвижных звеньев . Число низших кинематических пар , в том числе вращательные пары – О(1;0), А(1;2), В(3;4), и поступательные пары В(4;5), С(5;0), число высших кинематических пар , число степеней свободы

 

 

Рисунок 3.1 Исполнительный механизм

 

Таким образом, для того чтобы все звенья механизма  совершали однозначно определенные движения, необходимо задать движение одному звену – в данном случае кривошипу 1. Тогда угловая координата кривошипа  является обобщенной координатой механизма, а кривошип – начальным звеном.

Данный механизм образован одновременным присоединением к механизму 1-го класса(кривошипу 1 и стойке) одной структурной группы (2;3) (рис. 3.2).

 

Механизм 1-го класса      структурные группы 2-го класса,

2-го  порядка, 2-го вида     

Рисунок 3.2 Структурные группы механизма

Формула строения механизма . Так как обе группы 2-го класса, то механизм относится ко 2-му классу.

Таким образом, кинематический анализ начинается с  механизма , а заканчивается группами .

Силовой расчет выполняется в обратной последовательности

3.2 определение кинематических  характеристик рычажного механизма методом планов.

 

3.2.1 Построение планов  положений механизма.

Определим угловую скорость звена 1

 

 

 

Для построения планов выбираем масштабный коэффициент длины  

Тогда чертежные  размеры рычажного механизма  будут равны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По полученным чертежным размерам строим 12 планов положений механизма.

Построение  планов выполняется методом засечек, начиная с крайнего положения ползуна 1, через 30° по углу поворота кривошипа .