Проектирование рычажного механизма вытяжного пресса и кулачкового механизма

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Уфимский государственный авиационный технический университет"

ФИЛИАЛ В ГОРОДЕ СТЕРЛИТАМАКЕ

КАФЕДРА ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ И ОБЩЕПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ДИСЦИПЛИН

Проектирование рычажного механизма вытяжного пресса и кулачкового механизма

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

Стерлитамак 2015 г.

Содержание

1. Начальные условия к задаче по анализу плоского рычажного механизма

2. Структурный анализ рычажного механизма

3. Кинематический анализ плоского рычажного механизма

3.1 Построение плана скоростей

3.2 Построение плана ускорений

4. Силовой анализ механизма

4.1 Силовой расчёт группы 4-5

4.2 Силовой расчёт 2-3

4.3 Силовой расчёт начального механизма

4.4 Построение рычага Жуковского

5. Начальные условия для задачи по синтезу кулачкового механизма

6. Расчётные зависимости для построения кинематических диаграмм

7. Определение основных размеров кулачкового механизма

8. Построение профиля кулачка методом обращённого движения

Список литературы

1. Начальные условия к задаче по анализу плоского рычажного механизма

Рисунок 1 - Плоский рычажный механизм

- кривошип, 2-шатун, 3-кромысло, 4-шатун, 5-ползун, 0-стойка.

Механизм вытяжного пресса имеет следующие параметры:

=0,08 (м):; BC=0,36 (м):; CD=0,25 (м):; DE=0,35 (м):; EF=0,09 (м);₂=S₂C; ES₄=S₄F;

ω₁=8 (c^-1);

m₂=8 (кг); m₃=11 (кг); m₄=40 (кг); m₅=37 (кг);

I_S2=0,13 (кг·м²); I_S3=0,13 (кг·м²); I_S4=0,10 (кг·м²);

P_{п. с.} =3,5 (кН).

Необходимо провести структурный, кинематический и силовой анализы данного механизма, провести расчёт начального механизма.

рычажный механизм кулачковый вытяжной

2. Структурный анализ рычажного механизма

Степень подвижности механизма определим по формуле Чебышева:

где n - число подвижных звеньев механизма;- число кинематических пар 5 класса;- число кинематических пар 4 класса; получим

За начальное звено принимаем кривошип АВ, так как для него задан закон движения.

Разбиваем механизм на структурные группы Ассура, начиная со звена, наиболее удаленного от ведущего по кинематической цепи. В нашем случае этим звеном является ползун 5. Отсоединяем структурную группу, состоящую из 5 ползуна и 4 шатуна. Получаем структурную группу II класса 2 порядка 2 вида.

Рисунок 2 - Структурная группа 4-5

После того как отсоединили эту структурную группу, у нас останется промежуточный механизм:

Рисунок 3 - Структурная группа 2-3

Его степень подвижности равна:

Значит, мы правильно отсоединили структурную группу.

Теперь наиболее удаленным звеном от ведущего является коромысло 3. Отсоединяем коромысло 3 и шатун 2, и получаем структурную группу II класса 2 порядка 1 вида;

Остался начальный механизм I класса, состоящая из стойки и ведущего звена, которым является кривошип 1.

Рисунок 4 - Начальный механизм

Формула строения механизма в этом случае:

Таким образом, данный механизм является механизмом второго класса.

3. Кинематический анализ плоского рычажного механизма

3.1 Построение плана скоростей

Кинематический анализ механизма выполняем для заданного положения механизма в порядке присоединения структурных групп.

Начальный механизм (0,1)

Скорость точки В:

Вектор  направлен из полюса плана скоростей p перпендикулярно кривошипу АВ в сторону его вращения. Длина вектора  на плане принимаем: pb = 160 мм, тогда:

Группа (2,3). Скорость точки C:

В результате построения находим точку С - конец вектора

.

Угловая скорость звена механизма определяется по параметрам относительной скорости любых двух точек, принадлежащих этому звену.

Скоростьравна 0.

Используя свойство пропорциональности определим скорость точки Е:

Вектор  направлен перпендикулярно DЕ.

Группа (4,5)

Скорость точки F:

Вектор  направлен перпендикулярно EF.

Из плана получим:

Угловая скорость звеньев:

3.2 Построение плана ускорений

Начальный механизм (0,1)

Ускорение точки В

Т.к. , то ускорение точки В

Вектор  направлен вдоль звена АВ от точки В к точке А.

Группа (2,3)

Ускорение точки C:

Вектор тангенциального ускорения  направлен параллельно вектору скорости с одноименным нижним индексам; его длина определяется построением. Вектор нормального ускорения  направлен параллельно звену BC от точки C к точке B и имеет начало в точке b плана ускорений; его величина

Из плана получим:

Угловое ускорение звена механизма определяется по параметрам тангенциальной составляющей относительного ускорения двух любых точек, принадлежащих этому звену. Ускорение точки Е:

Группа (4,5)

Ускорение точки F:

Вектор нормального ускорения  направлен параллельно звену EF от точки F к точке B; его величина:

Из плана получим:

Угловое ускорение звеньев:

4. Силовой анализ механизма

Согласно принципу Даламбера, инерционные силы и моменты дополняют систему сил, действующих на звенья механизма, до равновесной. Инерционные силы считаем приложенными в центрах масс звеньев и направленными противоположно их ускорениям. Инерционные моменты направляем противоположно угловым ускорениям соответствующих звеньев.

Величины инерционных нагрузок:

Сила тяжести определяется по известной формуле

.

Таким образом, силы тяжести, инерционные нагрузки, сила производственного сопротивления и уравновешивающий момент образуют равновесную систему внешних сил, которая является статически определимой. Реакции в кинематических парах, вызываемые этими внешними нагрузками, являются для данной системы внутренними нагрузками и определяются из силового расчета структурных групп.

Порядок силового расчета определяется формулой строения механизма. При этом за начальное принимают то звено, к которому приложена неизвестная внешняя нагрузка. В данном случае известная нагрузка Р_{п. с.} приложена к выходному звену механизма. Анализ групп проводим в порядке, обратном их присоединению в формуле строения.

4.1 Силовой расчёт группы 4-5

Уравнение моментов сил, действующих на группу, относительно точки F:

где h - плечо силы, находится по чертежу с учётом масштабного коэффициента. Отсюда реакция :

Уравнение плана сил для группы 4-5:

Построением плана сил по уравнению определяются значения реакций  и:

Уравнение плана сил, действующих на звено 4:

Вектор , величина и направление которого определяются построением плана сил по уравнению, соединяет на плане конец вектора  с началом вектора . В результате построения получаем

4.2 Силовой расчёт 2-3

Уравнение моментов сил, действующих на звено 2, относительно точки С:

Отсюда реакция :

Уравнение моментов сил, действующих на звено 3, относительно точки С:

Отсюда реакция :

Уравнение плана сил для группы 2-3:

Построением плана сил по уравнению определяются величины реакций  и:

Уравнение плана сил для звена 2:

Построением плана сил по уравнению определяются направление и величина реакции :

4.3 Силовой расчёт начального механизма

Уравновешивающий момент сил, действующий на звено 1, относительно точки А:

4.4 Построение рычага Жуковского

В основу метода Н.Е. Жуковского положен принцип возможных перемещений: для равновесной системы сил, сумма мгновенных мощностей всех сил и моментов системы равна нулю. Реакции в кинематических парах в этом уравнении не участвуют, т.к. без учета потерь на трение их суммарная мощность тождественно равна нулю. Все остальные силы приложим в соответствующих точках плана скоростей.

Теперь отложим расстояния, равные полученным соотношениям от линий действий сил инерции, и поместим на этом расстоянии противоположно направленные силы, равные соответствующим силам инерции. Таким образом, мы получили пары сил, уравновешивающие соответствующие моменты инерции.

Составим уравнение моментов сил относительно точки р::

Отсюда найдём уравновешивающую силу:

Сравним значений уравновешивающего момента, полученных различными методами

Значение уравновешивающего момента, полученное методом планов сил .

Значение уравновешивающего момента, полученное методом рычага Жуковского .

Сравним эти значения:

5. Начальные условия для задачи по синтезу кулачкового механизма

Дано: l= 130 мм, ψ_Max= 23˚, φ_У= 55˚, φ_ВВ= 120˚, φ₀= 55˚,φ_НВ = 130˚, [θ] = 40˚.

Требуется спроектировать кулачковый механизм наименьших размеров с поступательно движущимся роликовым толкателем.

6. Расчётные зависимости для построения кинематических диаграмм

Для построения диаграммы аналога скоростей и ускорения:

Примем:

Для построения кинематических диаграмм движения толкателя:

7. Определение основных размеров кулачкового механизма

Для определения наименьшего допустимого значения R₀ необходимо вычертить диаграмму зависимости перемещения толкателя от его аналога скорости.

Рисунок 5-Определение основных размеров кулачка

В результате данного построение определили размер радиуса кулачка.

8. Построение профиля кулачка методом обращённого движения

Проведем окружность радиусом R_min =195 мм. Окружность разделим на части, соответствующие делениям оси абсцисс диаграмм; направление деления и нумерация положений противоположны заданному направлению вращения кулачка. Через полученные деления проведем радиальные прямые. Каждая из прямых показывает текущее положение толкателя в обращенном движении. На прямых от точек деления, лежащих на окружности R_min, отложим отрезки, равные ординатам диаграммы S для соответствующих положений. Через концы отрезков проводим линии под углом 90° к прямым, и огибающая этих линий является профилем кулачка.

В кулачковых механизмах с роликовым толкателем (коромыслом) от радиуса ролика зависят размер действительного профиля кулачка, контактные напряжения и, следовательно, прочность идолговечность конструкции.

Минимальный радиус кривизны профиля кулачка ρ_min приближенно определяется как радиус вписанной окружности участка кулачка, где кривизна его кажется наибольшей. На этом участке произвольно выбираются 3 точки и из них произвольным радиусов делаем засечки. В местах пересечения проводим 2 касательные, точку пересечения которых примем за центр вписанной окружности.

Следует выбирать радиус ролика, удовлетворяющим требованиям:

Принимаем радиус ролика равный 30 мм.

Затем вычерчиваем действительный профиль кулачка.

Список литературы

1. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов. - 4-е изд., перёраб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1988. - 640 с.

. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов/К.В. Фролов, С.А. Попов, А.К. Мусатов и др.; Под ред. К.В. Фролова. - М.: Высш. шк., 1987. - 496 с: ил.

. Курс теории механизмов и машин: Учеб. пособие для мех. спец. вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985. - 279 с, ил.