Синтез и анализ механизмов кривошипного пресса

Министерство образования Российской Федерации Тульский государственный университет Кафедра теории механизмов и машин ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по ТММ:

" Синтез и анализ механизмов кривошипного пресса"

КП ТММ 21.00.01

Выполнил студент гр.620 731 Павлов П. С.

Консультировал Кутепов В. С.

Тула 2005

• Введение
• 1. Структурный анализ механизма
• 1.1 Схема механизма
• 1.2 Характер движения механизма
• 1.3 Характер кинематических пар (КП)
• 1.4 Число степеней подвижности механизма
• 1.5 Разложение механизма на структурные группы Ассура. Определение класса групп и класса механизма
• 1.6 Избыточные связи
• 2. Кинематическое исследование механизма
• 3. Динамическое иследование механизма
• 3.1 Построение динамической модели машины
• 3.2 Построение графика приведенного момента сил сопротивления
• 3.3 Построение графика приведенного момента инерции
• 3.4 Построение графика работ сил сопротивления
• 3.5 Определение угловой скорости начального звена
• 4. Силовой расчет механизма
• 4.1 Выбор положения
• 4.2 Построение плана ускорений
• 4.3 Определение сил и моментов сил инерции
• 4.4 Расчет ведомой группы 4−5
• 4.5 Расчет группы 2−3
• 4.6 Расчет начального звена
• 5. Синтез кулачкового механизма
• 5.1 Исходные данные
• 5.2 Синтез кулачкового механизма
• 5.3 Построение профиля кулачка
• 5.4 Построение графика углов давления
• 6. Синтез планетарного редуктора
• Библиографический список

Кривошипные прессы применяются почти для всех операций холодной и горячей штамповки изделий из листового и сортового материалов и в заготовительных цехах для разделки прутков на мерные заготовки или разрезки листов.

Действие кривошипного пресса основано на преобразовании вращательного движения в возвратно-поступательное движения ползуна пресса с закрепленным на нем инструменте.

Выталкивание готовых изделий из формы осуществляется толкателем кулачкового механизма.

Кривошип получает вращение от электродвигателя через редуктор, состоящий из планетарной и непланетарной ступеней.

1. Структурный анализ механизма

1.1 Схема механизма

1.2 Характер движения механизма

1.3 Характер кинематических пар (КП)

Все КП, соединяющие звенья этого механизма 5 — го класса

1.4 Число степеней подвижности механизма

Степень подвижности для плоского механизма определяется формулой:

; ,

где n — число подвижных звеньев. Для данного механизма n = 5

P_{Н -} число кинематических пар низшего класса. P_Н = 7

P_В — число кинематических пар высшего класса. P_В = 0

1.5 Разложение механизма на структурные группы Ассура. Определение класса групп и класса механизма

Класс механизма определяется наивысшим классом входящей в него структурной группы.

Значит, этот механизм относится ко второму классу.

1.6 Избыточные связи

Окончательно

2. Кинематическое исследование механизма

Масштаб длин звеньев механизма

Построение плана скоростей

1. Находим угловую скорость кривошипа

2. Находим скорость т. А

3. Выбираем масштабный коэффициент плана скоростей

4. Запишем векторные уравнения для построения плана скоростей:

Построив в масштабе план скоростей, находим линейные скорости и сводим результат в таблицу 1.

кривошипный пресс редуктор кулачковый

5. Вычисляем угловые скорости звеньев 2,3,4 для каждого положения и вносим в таблицу 1 по формулам:

табл.1

3. Динамическое иследование механизма

Цель: определение истинного закона движения начального звена и расчет маховика.

3.1 Построение динамической модели машины

Для упрощения решения задачи реальную схему машины с одной степенью свободы с недеформируемыми звеньями и начальным звеном, совершающим вращательное движение (кривошип) является одно-массовая система, обладающая некоторой условной массой, кинетическая энергия которой в любом положении звена приведенная равна кинетической энергии всего механизма:

Tⁿ=Jⁿ₁/2=T_i,

и нагруженной фиктивным моментом, мощность которого равна сумме мощностей, развиваемых всеми силами, действующими в механизме:

Nⁿ=Mⁿ₁=N_i.

Здесь обозначено:

Jⁿ — момент инерции приведенной массы относительно оси вращения;

Mⁿ — приведенный момент всех внешних сил

Mⁿ= Mⁿ_с — Mⁿ_д;

Mⁿ_д — приведенный момент движущих сил (Нм);

Mⁿ_с — приведенный момент сил сопротивления (Нм).

1) Массы звеньев: m_i=l_iq_i: m₂=15 кг, m₄=13,5 кг, m₅=40 кг

2) Моменты инерции звеньев: I_S1=0.004 кгм².

3) Сила сопротивления: Р₅=2700Н

4) Приведение сил:

Mⁿ_c*₁=G₃V_S3cos () +P₅V_S5cos ()

Mⁿ_с=-P₅/₁

3.2 Построение графика приведенного момента сил сопротивления

.

Задаем l=180 мм и Н=38 мм, тогда

Приведение момент инерций:

J_S1=0,8; /²₁=0.15; m₅/²₁=0.45; то

Jⁿ=0.004+ 0.17V²_S3+0.45V²_S5

3.3 Построение графика приведенного момента инерции

3.4 Построение графика работ сил сопротивления

Строится графическим интегрированием графика Мⁿ_c, для чего криволинейную фигуру заменяем равновеликими прямоугольниками.

Построение графика работ движущих сил: А_д=А_i.

Построение графика избыточных работ: .

Построение диаграммы Виттенбауэра.

Расчет маховика.

Маховик служит для уменьшения неравномерности движения. .

Коэффициент неравномерности движения

Под этими углами к диаграмме Виттенбауэра проводим касательные — сверху и — снизу. nm=55 мм

Определяем момент инерции маховика:

3.5 Определение угловой скорости начального звена

Начальное значение кинетической энергии:

Изменение кинетической энергии во всех положениях; определяем значение угловой скорости

Задаемся

тогда

Проверка:

%=%=2,972%

4. Силовой расчет механизма

Цель силового расчета: определение реакций в кинематических парах и уравновешивающего момента.

4.1 Выбор положения

Выбираем 10-е положение рабочего хода, когда действует максимальная нагрузка. Прикладываем действующие внешние силы, переносим с 1-ого листа план скоростей, строим план ускорений.

4.2 Построение плана ускорений

План ускорений строим для одного положения механизма на рабочем ходе.

Определяем ускорение т. А кривошипа.

Нормальное ускорение направлено направлено к мгновенному центру вращения, т. е. то есть вдоль звена О₁А и по направлено к точке О₁.

Выбираем масштабный коэффициент ускорения

Ускорение т. В

// ВА_|_ВА // ВО₃_|_ВО₃

Так как точка О₃ неподвижна, то её ускорение /

Относительные нормальные ускорения:

Отрезки, изображающие нормальные ускорения

Из точки, а плана ускорений отрезок параллельно АВ в направлении от точки В к точке А. Через полученную точку n₁ проводим прямую перпендикулярно АВ. Затем откладываем из точки отрезок параллельно ВО₃ по направлению от В к О₃. Через полученную точку n₂ проводим линию АВ до пересечения с прямой, проведенной через точку n₁. Точку пересечения b, соединяем с полюсом. Отрезок изображает в масштабе ускорение точки b.

Для построения ускорения т. С пользуемся свойством подобия и пропорциональности одноименных отрезков на плане механизма и плане ускорений.

Ускорение точки D ползуна определяем по векторному ускорению

// у-у // DC_|_DC

Абсолютное ускорение т. D имеет направление параллельно направляющей.

Относительное нормальное ускорение

Отрезок, изображающий нормальное ускорение

Из точки с плана ускорений проводим отрезок cn₄ перпендикулярно DC, а из точки n проводим линию параллельно DC. Из полюса проводим линию параллельно оси Y. Точка пересечения d определяет отрезок, соответствующий ускорению .

По плану ускорений определяем ускорения точек и звеньев.

Угловое ускорение:

Направление определяется вектором касательных ускорений.

4.3 Определение сил и моментов сил инерции

Силы инерции прикладываем в соответствующих точках и направляем противоположную сторону ускорений центров масс, моменты сил инерции — противоположно угловым ускорениям центров масс, моменты сил инерции — противоположно угловым ускорениям звеньев.

4.4 Расчет ведомой группы 4−5

Изображаем группу и прикладываем внешние силы, силы и моменты сил инерции и реакции со стороны отброшенных звеньев:

R₀₅, R₃₄, R₄₅, R₅₄, .

Находим реакции по уравнениям, так как группа согласно принципу Даламбера находится в равновесии.

Находим тангенциальную составляющую силу

Находим реакции опор:

Данное уравнение решается графически.

Задаемся масштабным коэффициентом сил:

Определяем масштабные коэффициенты значения сил и строим план сил.

Из плана сил находим

Находим внутреннюю реакцию

4.5 Расчет группы 2−3

Изображаем группу и прикладываем внешние силы, силы и моменты сил инерции и реакции со стороны отброшенных звеньев: R_03, R₁₂, F_и2, M_И2, G₂, G₃, R_34. Находим внутреннюю составляющие сил:

Рассмотрим равновесие группы в целом

Данное уравнение решается графически.

Задаемся масштабными коэффициентами сил:

Определяем масштабные значения сил и строим план сил:. Из плана сил находим:

Находим внутреннюю реакцию:

Строим план сил:

4.6 Расчет начального звена

Изображаем звено и прикладываем в точку, А силу R₂₁. Для уравновешивания звена к нему необходимо приложить уравновешивающую силу F_y.

Находим реакцию в опоре:

Данное уравнение решается графически:

Задаемся масштабным коэффициентом сил

Определяем масштабные значения сил и строим план сил.

Из плана сил находим:

Находим уравновешивающий момент:

5. Синтез кулачкового механизма

Цель синтеза: построение профиля кулачка по заданному закону движения толкателя.

5.1 Исходные данные

1) тип кулачкового механизма: с коромысловым толкателем;

2) направление вращение кулачка: по часовой стрелки;

3) максимальное перемещение толкателя: ;

4) Законы движения толкателя:

фаза подъема: линейный;

фаза опускания: синусоидный.

Фазовые углы:

фаза подъема: 120°;

фаза верхнего выстоя: 90°;

фаза опускания: 120°;

фаза нижнего выстоя: 30°;

5) допустимый угол давления: 25°;

6) длина коромыслового толкателя: 100 мм.

5.2 Синтез кулачкового механизма

Расстояние между осями кулачка и коромысла: 92.5 мм.

Начальный радиус центрального профиля кулачка: 23.67 мм.

Радиус ролика5.2 мм.

Закон движения толкателя

5.3 Построение профиля кулачка

Метод инверсий — мысленно всему кулачковому механизму сообщается угловая скорость равная по величине, но противоположная по направлению угловой скорости кулачка. Кулачок представляется остановленным, а толкатель будет участвовать в двух движениях: переносном и относительном.

5.4 Построение графика углов давления

Измеряем углы давления между нормалью к профилю и осью толкателя и строим график углов давления в масштабах:

6. Синтез планетарного редуктора

Находим общее передаточное число привода

Передаточное отношение для данного редуктора определяется выражением:

Задаваясь значением Z₃ найдем Z₅. Для Z₃=21 Z₅ = Z₃ (U_пл-1) = 126

Принимаем Z₅ = 126

Из условия соостности

Проверка

1). Условие сборки:

C, P — любое целое число

K — число сателлитов примем 3

Условие выполняется.

2). Условие соседства:

64.678>54 Условие выполняется

Находим радиусы колес:

Схему редуктора строем в масштабе:

Кинематическое исследование планетарного механизма:

Построив план скоростей находим углы:

Библиографический список

1. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. М. Наука, 1975 г.

2. Попов С. А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механики машин.М. Высшая школа, 1986 г.

3. Кореняко А. С. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. Киев. Вища школа, 1970 г.

4. Фролов К. В. Теория механизмов и машин. М. Высшая школа, 1987 г.