Теория механизмов и машин

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет

"Харьковский политехнический институт"

Теория механизмов и машин

Методические указания

К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

ПО КУРСУ ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

(С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ)

ДЛЯ СТУДЕНТОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

УТВЕРЖДЕНО

редакционно-издательским

советом университета

Протокол №3

от 08.10.04

 

Харьков НТУ «ХПИ» 2004

Теория механизмов и машин. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу теории механизмов и машин (с применением ЭВМ) для студентов машиностроительных специальностей / Сост. Н. А. Ткачук, Г. А. Кротенко, А. А. Зарубина и др. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2004 — 44 с.

 

Составители: Н. А. Ткачук

Г. А. Кротенко

А. А. Зарубина

Е. И. Зинченко

И. Я. Храмцова

 

Рецензент В. Б. Зеленский

 

Кафедра теории механизмов, машин и роботов

СОДЕРЖАНИЕ

Вступление ........................................................................................................ 4

Задание .............................................................................................................. 5

1. Структурный анализ механизма ...................................................................... 6

2. Кинематическое исследование главного механизма ..................................... 6

3. Зубчатый механизм ......................................................................................... 13

4. Силовой расчет главного механизма ............................................................. 18

5. Выбор электродвигателя ................................................................................ 28

6. Исследование движения машинного агрегата

под действием заданных сил ......................................................................... 29

7. Синтез кулачкового механизма ..................................................................... 35

Список источников информации .................................................................. 38

Приложение А………………………………………………………………. 39

Приложение Б……………………………………………………………….. 43

 

вступление

В методических указаниях рассмотрен пример выполнения курсового проекта по ТММ для студентов машиностроительных специальностей. Разделы примера выполнены согласно требованиям к курсовому проекту, которые отражены в методическом пособии «Теория механизмов и машин. Задания на курсовой проект и методические указания по его выполнению для студентов машиностроительных специальностей» [5].

Рассмотрен машинный агрегат поперечно-строгального станка.

Станок приводится в движение асинхронным электродвигателем. От электродвигателя движение через зубчатую передачу, включающую планетарный редуктор и пару зубчатых колес и , передается на начальное звено главного механизма станка. Главный механизм представляет собой плоский шарнирно-рычажный механизм. Станок имеет также кулачковый механизм, который осуществляет смазку.

Курсовой проект предполагает кинематическое исследование и силовой расчет главного механизма, анализ планетарного редуктора, геометрический расчет зубчатой пары и , выбор электродвигателя, исследование неравномерности движения машины, а также синтез кулачкового механизма.

Студент при выполнении курсового проекта должен освоить основные методы анализа и синтеза механизмов, применять как графоаналитические, так и аналитические способы решения, обучиться навыкам графических построений, использовать пакет программ, разработанных на кафедре для расчетов на ЭВМ, уметь проводить инженерные расчеты и делать обобщающие выводы, уметь пользоваться справочной литературой.

 

Задание

Поперечно-строгальный станок

	0,083 м; 0,27 м; 0,4 м; 0,345 м; 60 об/мин; 1450 об/мин; 4 кг; 35 кг; 4 кг; 200 кг; 3300 Н; 0,02 кг м2; 0,9 кг м2; 0,02 кг м2;
	18; 48; 24; 90; 10; m= 5 мм; b = 10 т=50 мм; к = 3;
Рис.1	600; 600; 200; 300; hт= 0,04 м; mт= 2 кг.

Структурный анализ главного механизма

Главный механизм станка состоит из пяти подвижных звеньев. Подвижное соединение звеньев осуществляется кинематическими парами пятого класса.

Структурная схема механизма представлена на рис.2:

Рис.3

Рис.2

Для проведения кинематического и силового расчета механизма выделим структурные группы. В порядке присоединения к ведущему звену 1 это будут следующие группы:

звенья 2-3 ‑ 1-я в порядке присоединения структурная группа (рис. 2), 2-ой класс, 2-ой порядок, 3-го вида;

 

 

звенья 4-5‑ 2-я в порядке присоединения структурная группа (рис. 2), 2-ой класс, 2-ой порядок, 4-го вида.

 

Кинематическое исследование главного механизма

Цель кинематического исследования — определить координаты, скорости и ускорения осей шарниров и центров масс звеньев, углы поворота, угловые скорости и ускорения звеньев для ряда положений начального звена.

Определение перемещений звеньев

мм; мм; мм.

Определение скоростей

Записываем уравнения скоростей по группам Ассура. Рассмотрим структурную группу 2-3. Общая точка – А. точки присоединения: звено…

Определение ускорений

Векторные уравнения ускорений имеют вид: · группа 2-3:

Зубчатый механизм

Кинематическая схема зубчатой передачи

Рис. 8

Кинематическая схема зубчатой передачи представлена на рис. 8.

;

;

;

;

;

m = 5 мм;

;

b = 10 т = 50 мм;

;

;

к = 3.

 

3.2. Определение общего передаточного отношения зубчатой передачи и числа зубьев [2]

Определяем общее передаточное отношение зубчатого механизма:

;

где

с^-1,

с^-1.

Механизм состоит из последовательно соединенного планетарного механизма с передаточным отношением и трехзвенной передачи с неподвижными осями (), рис. 8.

Общее передаточное отношение редуктора

,

где - передаточное отношение планетарного редуктора

,

; ,

откуда

Принимаем

Проверим для планетарной передачи условия:

· соосности

18 + 48 = 90 – 24;

66 = 66;

· соседства

,

где k = 3 - число блоков сателлитов (k = 3); - коэффициент высоты головки зуба,

;

.

 

· сборки

;

гдеQ - любое целое число, L - наибольший общий делитель чисел и .

; ; L = 24.

;

Q = 66 – целое число, следовательно условие сборки выполнено.

Геометрический расчет зубчатого зацепления

Считаем, что зубчатые колеса — прямозубые эвольвентные цилиндрические, нарезанные стандартным реечным инструментом. Определяем: · коэффициенты смещения реечного инструмента из условия устранения подреза:

Расчет коэффициента перекрытия

Коэффициент перекрытия учитывает непрерывность и плавность зацепления в передаче.

Минимально допустимым значением является 1,05, которое обеспечивает непрерывность процесса зацепления с5%-ным запасом [1].

На листе 2 в масштабе 10:1 построена картина зубчатого зацепления в соответствии с методикой, изложенной в [4, с.49].

Расчет коэффициентов удельного скольжения зубьев

; . где

Силовой расчет главного механизма

Задача силового расчета шарнирно-рычажного механизма — определение реакций в кинематических парах и уравновешивающей силы, возникающей в зубчатой передаче .

Для положения 3 (рабочий ход) и положения 10 (холостой ход) силовой расчет выполняется графоаналитическим методом [1, 2], сначала без учета сил трения, а затем с учетом сил трения (для положения 3).

Положение 3

Определяем величину силы полезного сопротивленияPпс в каждом положении кривошипа на участке рабочего хода. Для этого на листе 1 строим график… Таким образом, сила полезного сопротивления Pпсв положении3 равна: Н, где Pm — текущее значение ординаты графика Pпс (S) (см. лист 1), мм.

Определение реакций в кинематических парах без учета сил трения

Силовой расчет начинаем с последней в порядке присоединения к начальному звену группы Ассура, то есть группы звеньев4-5 (см. лист 3). 4.2.1. Рассматриваем равновесие системы сил, приложенных к звеньям структурной… Считаем, что центр тяжести звена 5 находится в точке В и в этой точке приложена сила тяжести. На ползун 5 действуют…

Силовой расчет в положении 3 с учетом сил трения

Силы трения: , где f – коэффициент трения в поступательных парах, примем f = 0,1; - реакции в поступательных парах, найденные выше. …

Положение 10

Силовой расчет в положении 10 (холостой ход)

Н; Н; Н; Н;

Определим силы и моменты сил инерции:

Н; ;

Н; ;

Н; ;

Н; .

Максимальная сила в положении 10 – это сила веса Н. 5% это 98 Н. Пренебрегаем , , и .

4.5.1. Группа 4-5.

:

.

Строим план сил в масштабе Н/мм, из которого определяем

Н; Н.

звено4: : ; Н – внутренняя реакция (в шарнире В). Определим точки приложения реакций в поступательных парах и .

Звено 5: : ; .

звено4: : ; , то есть линия действия реакции R₄₃проходит через точку В.

Переходим к рассмотрению группы 2-3. В точку В на звене 3 прикладываем . Для всей группы запишем условия: :

.

Откуда

Н.

Звено 3: - сумма проекций действующих сил на ось звена 3.

;

для группы 2-3: :

.

В этом уравнении неизвестны модули векторов и . Решаем графически построением плана сил в масштабе Н/мм и определяем

Н; Н.

Внутреннюю реакцию определим из условия равновесия звена 2:

: ; .

Точка приложения этой реакции определяется уз условия:

Звено 2: : ; м.

4.5.3. Силовой расчет начального звена в положении 10.

:

,

откуда

Н.

(, взято из раздела 3 с учетом масштаба м/мм).

Реакция в шарниреО₁, определяется из условия: :

.

Построением плана сил находим R₁₀: Н.

уравновешивающий момент, действующий в приводе:

Н м.

4.5.4. Проверка правильности выполнения силового расчета в положении 10.

Оценим погрешность силового расчета в положении 10:

.

- следовательно, силовой расчет в положении 10 сделан правильно.

Выбор электродвигателя

Определяем работу сил полезного сопротивления

Определяем работу сил полезного сопротивления А_пс на интервале одного оборота главного вала (начального звена). Эта работа определяется как площадь S, ограниченная графиком P_пс(S) и осью абсцисс, умноженная на масштабы и :

мм², .

Определяем требуемую мощность приводного электродвигателя

кВт,

где Т – время одного оборота главного вала, с; с; - КПД зубчатой передачи (принимаем ); - КПД главного механизма ()

Выбор электродвигателя по каталогу

По каталогу асинхронных электродвигателей выбираем асинхронный электродвигатель 4А100S4УЗ [3].

кВт — мощность электродвигателя; об/мин — синхронное число оборотов; об/мин — номинальное число оборотов; — момент инерции ротора электродвигателя.

Исследование движения машинного агрегата под действием заданных сил

Задачей исследования является определение истинной угловой скорости начального звена на установившемся режиме работы машины. Для исследования заменяем реальный механизм его одномассовой динамической моделью в виде диска, момент инерции которого равен приведенному моменту инерции, и который вращается с угловой скоростью начального звена под действием приведенного момента сил.

Определение приведенного момента сил

Так как угол , то , также . Результаты приводим в табл. 7

Определение приведенного момента инерции

Приведенный момент инерции рычажного механизма рассчитан по формуле: . Таблиця 8 № полож 8/ …

Суммарный приведенный момент инерции агрегата

где - приведенный момент инерции ротора электродвигателя, кг·м2: ,

Исследование установившегося движения

Предполагаем, что приведенный момент двигателя на рабочем участке механической характеристики электродвигателя можно описать параболой [2], где А и В — некоторые постоянные величины, которые определим по формулам:

;

где — приведенный к звену 1 номинальный момент на роторе электродвигателя;

- приведенная к звену 1 синхронная угловая скорость электродвигателя;

- приведенная к звену 1 номинальная угловая скорость электродвигателя.

Определяем закон движения звена 1

; где i = 1, 2, ... 24 - индекс соответствует номеру положения кривошипа; -… Задавшись с-1, последовательно ведем расчет для i = 1, 2, ... 24 напервом обороте кривошипа, а затем, приняв для…

Синтез кулачкового механизма

Определение закона движения толкателя

получим функции и [1, 2]. Для первого участка имеем: ;

Определяем основные параметры кулачкового механизма

Для кулачкового механизма с толкателем, снабженным роликом, основные параметры, (S₀и e) определяем из условия , где — угол давления, — допускаемый угол давления (). Выбираем в допускаемой области (лист 2, прил. А) значения, соответствующие минимальным габаритам кулачка S₀ = 110 мм, e = 0.

Пользуясь методом инверсии (обращения движения), строим центровой профиль кулачка в масштабе м/мм.

 

Радиус ролика

Выбираем радиус ролика, удовлетворяющий одновременно двум условиям

мм; мм,

где r_р— радиус ролика; мм — минимальный радиус кривизны центрового профиля на выпуклой части ролика; R_min = 110 мм — минимальный радиус-вектор центрового профиля кулачка.

Принимаем r_р = 40 мм.

Строим рабочий профиль кулачка, как кривую эквидистантную центровому профилю и удаленную от нее на расстояниеr_р = 40 мм.

Расчет параметров замыкающей пружины

где Q0 — усилие предварительного сжатия пружины,Н; mт = 2 кг— масса толкателя;… Для этого строим график — (лист 2), проводим из начала координат касательную к графику, а затем прямую, ей…