Синтез и анализ механизмов кривошипного пресса
Механизм действия кривошипного пресса и области его применения. Структурный анализ механизма, кинематическое и динамическое исследование. Силовой расчет, выбор положения, построение плана ускорений. Синтез кулачкового механизма и планетарного редуктора.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.11.2011 |
| Размер файла | 670,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
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.620731 Павлов П. С.
Консультировал Кутепов В. С.
Тула 2005
Содержание
- 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
Введение
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
|
№ звена |
Название звена |
Вид движения |
|
|
1 |
Кривошип |
Вращательное движение |
|
|
2 |
Шатун |
плоско-параллельное |
|
|
3 |
Коромысло |
возвратно - вращательное |
|
|
4 |
Шатун |
плоско - параллельное |
|
|
5 |
Ползун |
Возвратно - поступательное |
|
|
0 |
Стойка |
Неподвижна |
1.3 Характер кинематических пар (КП)
Все КП, соединяющие звенья этого механизма 5 - го класса
|
обознач. КП |
O1 |
A |
В |
О3 |
С |
D |
E |
|
|
Какие звенья соединяет |
0-1 |
1-2 |
2-3 |
0-3 |
3-4 |
4-5 |
0-5 |
|
|
Тип КП |
Вращ. |
Вращ. |
Вращ. |
Вращ. |
Вращ. |
Вращ. |
Поступ. |
1.4 Число степеней подвижности механизма
Степень подвижности для плоского механизма определяется формулой:
; ,
где n - число подвижных звеньев. Для данного механизма n = 5
PН - число кинематических пар низшего класса. PН = 7
PВ - число кинематических пар высшего класса. PВ = 0
1.5 Разложение механизма на структурные группы Ассура. Определение класса групп и класса механизма
|
Схема группы |
Описание |
|
|
Группа 4-5 W=3•2-2•3=0 Двухповодковая группа группа Асура второго класса |
||
|
Группа 2-3 W=3•2-2•3=0 Двухповодковая группа группа Асура второго класса |
||
|
Начальное звено: W=3•1-2•1=1 Механизм первого класса |
Класс механизма определяется наивысшим классом входящей в него структурной группы.
Значит, этот механизм относится ко второму классу.
1.6 Избыточные связи
|
Обозначение КП |
Характер КП |
Класс КП |
|
|
O1 (0-1) |
Вращательная |
V |
|
|
A (1-2) |
Сферическая |
III |
|
|
B (2-3) |
Цилиндрическая |
IV |
|
|
O3 (0-3) |
Вращательная |
V |
|
|
C (3-4) |
Цилиндрическая |
IV |
|
|
D (4-5) |
Сферическая |
III |
|
|
E (0-5) |
Поступательная |
V |
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
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
||
|
0 |
0.2 |
0.27 |
0.3 |
0.25 |
0.13 |
0 |
0.1 |
0.21 |
0.31 |
0.34 |
0.22 |
||
|
VD |
0 |
0.38 |
0.57 |
0.6 |
0.45 |
0.22 |
0 |
0.2 |
0.4 |
0.61 |
0.62 |
0.43 |
|
|
0 |
0.2 |
0.28 |
0.3 |
0.25 |
0.13 |
0 |
0.11 |
0.22 |
0.3 |
0.33 |
0.21 |
||
|
Vc |
0 |
0.37 |
0.57 |
0.6 |
0.5 |
0.25 |
0 |
0.21 |
0.43 |
0.62 |
0.67 |
0.44 |
|
|
Va |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
|
|
VBA |
0 |
0.2 |
0.1 |
0.04 |
0.11 |
0.24 |
0 |
0.39 |
0.24 |
0.04 |
0.22 |
0.44 |
|
|
VDC |
0 |
0.1 |
0.7 |
0.05 |
0.13 |
0.07 |
0 |
0.07 |
0.1 |
0.05 |
0.07 |
0.11 |
|
|
щ2 |
0.003 |
0.002 |
0.027 |
0.003 |
0.0025 |
0.0013 |
0.003 |
0.001 |
0.0021 |
0.003 |
0.034 |
0.0022 |
|
|
щ3 |
0.004 |
0.0049 |
0.00746 |
0.008 |
0.0066 |
0.0033 |
0.004 |
0.0028 |
0.0057 |
0.00826 |
0.0089 |
0.0058 |
|
|
щ4 |
0.003 |
0.0038 |
0.0057 |
0.0061 |
0.0045 |
0.0022 |
0.003 |
0.002 |
0.004 |
0.0061 |
0.0062 |
0.0043 |
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=Ti,
и нагруженной фиктивным моментом, мощность которого равна сумме мощностей, развиваемых всеми силами, действующими в механизме:
Nn=Mn1=Ni.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Здесь обозначено:
Jn - момент инерции приведенной массы относительно оси вращения;
Mn - приведенный момент всех внешних сил
Mn= Mnс - Mnд;
Mnд - приведенный момент движущих сил (Нм);
Mnс - приведенный момент сил сопротивления (Нм).
1) Массы звеньев: mi=liqi: m2=15 кг, m4=13,5 кг, m5=40 кг
2) Моменты инерции звеньев: IS1=0.004 кгм2.
3) Сила сопротивления: Р5=2700Н
4) Приведение сил:
Mnc*1=G3VS3cos () +P5VS5cos ()
Mnс=-P5/1
3.2 Построение графика приведенного момента сил сопротивления
.
Задаем l=180 мм и Н=38 мм, тогда
Приведение момент инерций:
, JS1=0,8; /21=0.15; m5/21=0.45; то
Jn=0.004+ 0.17V2S3+0.45V2S5
3.3 Построение графика приведенного момента инерции
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
||
|
Jn |
2.06 |
3.06 |
3.9 |
7.92 |
4.8 |
1.42 |
1.21 |
1.41 |
3.8 |
8.14 |
9.01 |
4.16 |
|
|
yJ |
176 |
275 |
360 |
762 |
450 |
112 |
91 |
111 |
350 |
784 |
871 |
386 |
3.4 Построение графика работ сил сопротивления
Строится графическим интегрированием графика Мnc, для чего криволинейную фигуру заменяем равновеликими прямоугольниками.
Построение графика работ движущих сил: Ад=Аi.
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
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
||
|
?T |
0 |
10.64 |
31.92 |
117.04 |
202.16 |
266 |
287.28 |
266 |
250.04 |
202.16 |
148.96 |
101.08 |
|
|
Jn |
2.06 |
3.06 |
3.9 |
7.92 |
4.8 |
1.42 |
1.21 |
1.41 |
3.8 |
8.14 |
9.01 |
4.16 |
|
|
щi |
1.9 |
1.55 |
1.34 |
0.86 |
1.22 |
2.44 |
2.7 |
2.46 |
1.38 |
0.9 |
0.86 |
1.29 |
|
|
yщ |
107 |
106 |
103 |
98 |
90 |
90 |
90 |
92 |
93 |
95 |
96 |
99 |
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: R03, R12, Fи2, MИ2, G2, G3, R34. 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 Fy.
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
|
0 |
15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
105 |
120 |
210 |
||
|
ST |
0 |
1.98 |
7.62 |
16.05 |
26 |
35.95 |
44.38 |
50.02 |
52 |
52 |
|
|
225 |
240 |
255 |
270 |
285 |
300 |
315 |
330 |
||||
|
ST |
50.38 |
45.5 |
37.38 |
26 |
14.63 |
6.5 |
1.63 |
0 |
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:
|
0 |
15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
105 |
120 |
210 |
||
|
|
37 |
38 |
56 |
57 |
55 |
58 |
49 |
48 |
37 |
36 |
|
|
225 |
240 |
255 |
270 |
285 |
300 |
315 |
330 |
||||
|
|
30 |
31 |
21 |
29 |
42 |
44 |
18 |
17 |
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 (Uпл-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, 1975г.
2. Попов С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механики машин.М. Высшая школа, 1986г.
3. Кореняко А.С. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. Киев. Вища школа, 1970г.
4. Фролов К.В. Теория механизмов и машин. М. Высшая школа, 1987г.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Структурный и силовой анализ рычажного механизма, его динамический синтез, планы положения и скоростей. Кинематическая схема планетарного редуктора, расчет и построение эвольвентного зацепления. Синтез кулачкового механизма, построение его профиля.
курсовая работа [472,2 K], добавлен 27.09.2011Устройство плоского рычажного механизма, его кинематический анализ. Построение плана скоростей и ускорений. Силовой анализ механизма. Синтез кулачкового механизма, определение его основных размеров. Построение профиля кулачка методом обращенного движения.
курсовая работа [977,0 K], добавлен 11.10.2015Структурный анализ и синтез плоского рычажного механизма, его кинематический и силовой расчет. Построение схем и вычисление параметров простого и сложного зубчатых механизмов. Звенья кулачкового механизма, его динамический анализ. Синтез профиля кулачка.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 29.12.2013Синтез кулачкового механизма и построение его профиля. Кинематический синтез рычажного механизма и его силовой расчет методом планов сил, определение уравновешивающего момента. Динамический анализ и синтез машинного агрегата. Синтез зубчатых механизмов.
курсовая работа [744,1 K], добавлен 15.06.2014Использование рычажного пресса для изготовления изделий из порошковых материалов. Построения планов положений механизма. Построение планов скоростей. Определение реакций в кинематических парах. Синтез зубчатого механизма. Синтез планетарного редуктора.
курсовая работа [493,3 K], добавлен 23.05.2015Структурное и кинематическое исследование механизма: описание схемы; построение планов скоростей. Определение реакций в кинематических парах; силовой расчет ведущего звена методом Н.Е. Жуковского. Синтез зубчатого зацепления и кулачкового механизма.
курсовая работа [221,8 K], добавлен 09.05.2011Синтез и расчёт кулисного механизма, построение и расчёт зубчатого зацепления и кулачкового механизма. Силовой анализ рычажного механизма. Проектирование зубчатого зацепления. Синтез планетарного редуктора. Масштабный коэффициент времени и ускорения.
курсовая работа [474,4 K], добавлен 30.08.2010Синтез и анализ рычажного механизма. Силовой анализ механизма: расчёт кривошипа, определение мощностей. Геометрический расчет зубчатой передачи. Проектирование планетарного редуктора. Синтез и анализ кулачкового механизма. Результаты работы программы.
курсовая работа [439,5 K], добавлен 29.10.2009Кинематический анализ механизма. Построение планов скоростей и ускорений. Определение сил и моментов инерции. Силовой анализ группы Асура. Проектирование зубчатой передачи внешнего зацепления. Синтез планетарного редуктора. Построение графика скольжения.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 13.12.2014Структурный анализ рычажного механизма рабочей машины, его кинематическое и динамическое исследование. Кривошипно-ползунный механизм, его подвижные соединения. Построение планов механизма, скоростей и ускорений. Силовой расчет рычажного механизма.
курсовая работа [314,3 K], добавлен 27.05.2015
