Проектирование и исследование механизмов подачи заготовок

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра механического оборудования и деталей машин и технологии металлов (МОиДМиТМ)

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине «Теория механизмов и машин»

 

 

«Проектирование и исследование механизмов подачи заготовок»

 

Задание 11, вариант №14

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент гр. ИИЭСМ-II-15у

Христофоров Владимир Анатольевич

Принял:

Профессор, кандидат технических наук

Скель Владимир Израилевич

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2012

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Теория механизмов и машин (ТММ) – это наука об общих методах проектирования и исследования машин. Основными разделами этой дисциплины являются:

- структура или строение механизмов;

- анализ механизмов, то есть определение  их свойств по известной схеме;

-синтез  механизмов – проектирование  схемы механизма по требуемым  свойствам;

- теория машин-автоматов.

Машиной называется техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.

Механизмом называется система тел, в которой при заданном движении одного или нескольких твёрдых тел возникают вполне определённые движения других те. Под твёрдыми телами, входящими в механизм, в ТММ подразумеваются как абсолютно твёрдые, так и гибкие, и деформируемые. Тела, входящие в механизм, называются звеньями, которые бывают неподвижные (стойка) и подвижные (входные или ведущие, выходные или ведомые, промежуточные или соединительные).

В данном курсовом проекте будет произведено проектирование и исследование механизма рычажного пресса для изготовления изделий из порошковых материалов (рис. 1).

 

Рис. 1. Рычажный пресс для изготовления изделий из порошковых материалов:

а – кинематическая схема пресса; б – кинематическая схема механизма прессования.

 

Пресс приводится в действие электродвигателем через планетарный редуктор и пару зубчатых колёс с числом зубьев Za, Zb. Колесо Zb насажано на коленчатый вал 1 (рис. 1а ) кривошип которого приводит в действие шарнирно- рычажный механизм прессования. Ползуну 5 сообщается возвратно-поступательное движение, посредством которого происходит прессование. Кулачок пазового типа вращается вместе с кривошипом и через качающуюся вокруг шарнира Н штангу 6 передаёт движение на загрузочную каретку, которая в периоды отхода ползуна 5 вверх загружает порошком пресс-форму. Кинематическая схема механизма прессования показана на рисунке 1б.

Заданные величины: ход пуансона SF; линейные размеры звеньев lCD, lDE, lEF, lGH; координирующие размеры L1, L2, L3; частота вращения кривошипа n1 об/мин; силы тяжести звеньев G2, G3, G4, G5; моменты инерции звеньев I1, I2, I3; максимальное усилие прессования P5max; межцентровое расстояние Aω=Аав; число зубцов Za, Zb; модули зацепления mпл и mав; угол размаха штанги βраз; минимальный радиус кулачка ro; фазовые углы кулачка φвв, φуд, φпр; варианты законов изменения ускорений штанги кулачкового механизма приведены в таблице 1.

Частоту вращения двигателя во всех вариантах принять nд=1440 об/мин. Коэффициент неравномерности хода принять δ=0,1…0,15. Длины звеньев lAB, lBC подлежат расчёту.

1. Структурный и кинематический анализ механизма «Рычажный пресс для изготовления изделий».

1.1 Структурный анализ механизма

1. Определим степень подвижности механизма и сравним её с числом ведущих звеньев:

Количество кинематических пар 4 класса Р4=0, число кинематических пар 5 класса Р5=7.

Определим степень подвижности механизма по формуле Чебышева:

W=3n – 2P5 – P4=3·5 – 2·7 – 0=1

Число ведущих звеньев так же равно 1 - кривошип.

2. Пассивных связей и лишних степеней подвижности механизм не имеет.
3. Высших кинематических пар механизм так же не имеет.
4. Разложим механизм на структурные группы и запишем формулу строения этого механизма, а так же определим его класс:

Теперь разложим механизм на структурные группы. Здесь две структурные группы второго класса: звенья 4-5 и три кинематические пары – поступательная, вращательная F и вращательная E; звенья 2-3 и три вращательные кинематические пары B,C,D. Таким образом, в соответствии с правилом Ассура, механизм образован путём последовательного присоединения к механизму первого класса – звено 1, вращательная пара A и стойка – двух структурных групп второго класса. Поэтому формула имеет вид:

I0,1 ← II2,3 ← II4,5

 

Класс механизма определяется наивысшем классом структурной группы. Следовательно, наш механизм имеет II класс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Построение схемы механизма  и его 12-ти положений

Исходя из заданного хода ползуна, строим механизм в крайних положениях.

Исходные данные:

Таблица 1

Наименование	Обозначение	Раз мерно сть
			Значения
Ход ползуна	SF	мм	120
Размеры звеньев	lCD lDE lEF L1 L2 L3	мм мм мм мм мм мм	400 320 280 380 400 80
Силы тяжести звеньев	G2 G3 G4 G5	Н Н Н Н	70 160 40 180
Моменты инерции звеньев	J2 J3 J4	кгм2	0,02 0,13 0,003
Максимальное значение силы сопротивления	Psmax	кН	5,4
Частота вращения кривошипа	n1	1/мин	232
Модуль зацепления	mab mпл	мм мм	4,5 4
Числа зубьев	Za Zb		12 25
Межосевое расстояние	Aω	мм	85

 

Выбираем на листе ватмана положение точки А – центра кривошипа АВ – и от него на расстояниях L1(380) и L2(400) проводим вертикальную и горизонтальную линии, получая на их пересечении точку D – опору коромысла CD. Проводим горизонталь через точку D и из этой точки влево проводим две дуги размером lcd(400) и lde(320) – траектории точек C и E соответственно. От этой горизонтали вверх и вниз на расстоянии половины хода ползуна на дуге – траектории точки E делаем засечки, получая крайние положения точки E. Через эти точки из центра D до дуги точки С. Теперь, соединяя точки С’ и С” с точкой А, вычисляем размеры кривошипа АВ и шатуна ВС:

 

 

 

 

Далее чертим окружность, радиусом АВ, центр который будет находиться в точке А, разбиваем её на 12 частей от начала рабочего хода и чертим 12 положений механизма.

 

 

1.3 Построение планов скоростей

Рассмотрим построение планов скоростей для первого положения. Результаты вычислений для всех 12 положений приведём в таблице.

 

1) Найдём  угловую скорость ведущего звена кривошипа.

 

        2) Пользуясь полученным значением, найдём окружную скорость в точке В:

 

 = ω1 LАВ=24,28 0,08 = 1,942м/с

 

3) Чертим вектор ρa произвольного размера.

 

 = 70 мм = 0,07м

 

 

5. Найдём масштабный коэффициент плана скоростей:

 

μv= / = 1,942/0,07= 27,74с-1

6. Определение скорости точки С.

 

7. Численное значение скоростей:

 

 

 

8. Теперь зная скорости точек, можно найти угловые скорости звеньев. Угловая скорость первого звена задана. Угловая скорость второго звена (ВС) равна

 

 

 

 

 

 

9. Найдём угловую скорость 3 звена:

 

 

 

10. Найдём длину вектора из соотношения:

 

11. Численное значение скорости:

   

12. Скорость точки Е уже известна, а скорость точки F относительно точки Е известна по направлению: перпендикулярно EF.

 

 

13. Строим по уравнению. Через полюс р, т.к. направляющая ползуна неподвижна, проводим вертикальную линию ХХ, а через точку е направление относительно скорости точки F относительно Е перпендикулярно FE. Пересечение этих линий даёт точку f и ее скорость вектор (pf), числено равный:

 

13)Найдем угловую скорость этого  звена EF:

 

Аналогично строятся остальные 11 положений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ниже представлена таблица с результатами расчётов для остальных положений:

 

Положения механизма	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
, с-1	24,28	24,28	24,28	24,28	24,28	24,28	24,28	24,28	24,28	24,28	24,28	24,28
, с-1	9	5,54	0,69	6,24	9,57	0	7,35	3,19	0,69	4,16	7,76	0
, с-1	2,2	3,5	4,9	4,77	2,9	0	2,75	4,15	4,77	3,52	2,07	0
, с-1	0,59	0,49	0,19	0,39	0,59	0	0,49	0,39	0,19	0,49	0,39	0
, м/с	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
, м/с	1,942	1,942	1,942	1,942	1,942	1,942	1,942	1,942	1,942	1,942	1,942	1,942
, м/с	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
, м/с	0,88	1,4	1,96	1,91	1,16	0	1,1	1,66	1,91	1,41	0,83	0
, м/с	0,593	1,13	1,55	1,49	0,91	0	0,88	1,47	1,38	1,08	0,63	0
, м/с	0.71	1,16	1,55	1,49	0,91	0	0,88	1,44	1,38	1,1	0,66	0

 

1.4 Построение графика перемещений  выходного звена

График перемещения будем строить, произвольно разбив ось абсцисс на 12 частей и отложив на оси ординат 12 перемещений выходного звена в масштабе μs.

 

 

 

Масштабный коэффициент обычно выбирают в 1,5…2 раза меньше, чем . Отсюда:

 

 

Вычислим положения на оси S:

 

 

S1 = 3 · 0,33 = 1 мм

S2 = 12 · 0,33 = 4 мм

S3 = 27,8 · 0,33 = 9,1 мм

S4 = 44 · 0,33 = 14,5 мм

S5 = 57,5 · 0,33 = 18,9 мм

S6 = 60,5 · 0,33 = 20  мм

S7 = 57,5 · 0,33 = 18,9 мм

S8 = 44 · 0,33 = 14,5 мм

S9 = 27,8 · 0,33 = 9,1 мм

S10 = 12 · 0,33 = 4 мм

S11 = 3 · 0,33 = 1 мм

 

Перемещения S на оси в масштабе :

S1 = 0,5 мм

S2 = 20 мм

S3 = 46 мм

S4 = 73 мм

S5 = 95 мм

S6 = 100  мм

S7 = 95 мм

S8 = 73 мм

S9 = 46 мм

S10 = 20 мм

S11 = 0,5 мм

 

Теперь вычислим масштабы угла поворота AB · μφ и времени μt. Один цикл движения выходного звена-ползуна соответствует одному обороту кривошипа на угол 2π рад с частотой вращения n1 об/мин. Поэтому время одного оборота кривошипа или период движения ползуна равно в секундах:

 

T = 60/n1 = 60/232 = 0,258 с.

 

На графике один период движения соответствует расстоянию Z, мм, и масштабы угла поворота и времени соответственно равны:

μφ = 2π/Z = 2 · 3,14/240 = 0,0261 мм-1

μt = T/Z = 0,258/240 = 0,00107 с · мм-1

1.5 Построение графика скорости  выходного звена

Построение графика скорости ведём исходя из полученных результатов планов скоростей. Ось абсцисс разобьём на 12 частей в соответствии с разбиением на предыдущем графике, а на оси ординат откладываем длины векторов pс, взятые с планов скоростей в масштабе μv.

 

μv = 10 мм/с/мм (соответствует размерам векторов на плане скоростей)

V1 = 240 мм/с

V2 = 400 мм/с

V3 = 560 мм/с

V4 = 540 мм/с

V5 = 330 мм/с

V6 = 0 мм/с

V7 = 320 мм/с

V8 = 530 мм/с

V9 = 500 мм/с

V10 = 390 мм/с

V11 = 230 мм/с

 

1.6 Построение графика ускорений выходного звена

Ускорение есть производная скорости по времени или тангенс угла наклона касательной к графику скорости. Для построения графика ускорений воспользуемся методом графического дифференцирования: с небольшой ошибкой на каждом интервале времени касательную (в каждой точке свою) заменяем хордой, усредняя, тем самым, ускорение на данном интервале.

Один из вариантов метода хорд заключается в следующем: заменяем график скорости набором прямых хорд. Строим координатные оси, по оси абсцисс откладываем произвольный отрезок (Н = 15 мм), до конца этого отрезка проводим хорды до пересечения с осью ординат. Выбираем полюсное расстояние Н. Из полюса К проводим лучи до оси ординат параллельно соответствующим хордам, отсекая на этой оси отрезки, соответствующие среднему ускорению на данном интервале. Соединяя получаемые точки плавной кривой, получим график ускорений.