Проектирование механизмов бобинажно-перемоточной машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Содержание

1. Введение

2. Синтез кулачкового механизма

2.1 Построение диаграммы скорости толкателя

2.2 Построение диаграммы перемещения толкателя методом графического интегрирования

2.3 Построение диаграммы ускорения толкателя методом графического дифференцирования

2.4 Расчет геометрических параметров кулачка и построение профиля кулачка

2.5 Построение графика изменения угла давления

3. Синтез эвольвентного зубчатого зацепления

4. Расчет маховика

4.1 Построение диаграммы приведенного момента сил сопротивления

4.2 Построение диаграмм работы сил сопротивления и движущих сил

4.3 Построение диаграммы изменения кинетической энергии механизма

4.4 Построение диаграммы приведенного момента инерции

4.5 Построение диаграммы энергомасс

4.6 Расчет массы и геометрических параметров маховика

5. Список литературы

1. Введение

Одной из ведущих отраслей современной техники является машиностроение. По уровню развития машиностроения судят о развитии производительных сил в целом. Прогресс машиностроения в свою очередь определяется созданием новых высокопроизводительных и надёжных машин. Решение этой важнейшей проблемы основывается на комплексном использовании результатов многих дисциплин и, в первую очередь, теории механизмов и машин.

Принцип работы бобинажно-перемоточной машины.

Проектируемая бобинажно - перемоточная машина предназначена для перемотки нити с цилиндрической на коническую паковку (бобину), удобную для переработки в ткацком производстве. Процесс наматывания заключается в том, что нить очень большой длины, ведомая нитеводителем, наматывается на вращающуюся шпулю, катушку или бобину по спирали, причем направление витков спирали меняется при смене направления движения нитеводителя. В производстве применяют намотку различных форм и видов.

Формой намотки называют форму, которую принимает бобина при перематывании нити на катушку. Бобины бывают различных форм: цилиндрической, бутылочной, конической, сферической, седлообразной, сложной и т.д. Рабочий профиль бобины, а так же конечный рабочий профиль тела намотки выбирают из условий максимального заполнения нитью полезного объема, легкого схода нити при сматывании, получения равновесной намотки и получения нити с одинаковыми физико-механическими свойствами. Сложный вид намотки позволяет получать бобины с центром тяжести, смещенным к нижнему основанию бобины, что благоприятно сказывается на работе веретен. При перемотке большое значение имеет натяжение нити. Благодаря натяжению, обеспечивается необходимая плотность намотки, что сказывается на качестве нити и технико-экономических показателях последующих на ней операций. В кинематической схеме бобинажно - перемоточной машины можно выделить следующие механизмы: механизм привода бобины, механизм нитеводителя, механизм поворота кулисы, механизм регулирования нити, механизм закрепления нити. Запуская электродвигатель 1 частота вращения которого nб, он вращает посредством ременной передачи 2 бобину 10 с частотой вращения nб. Так же двигатель 1 вращает цилиндрический кулачек 4 с частотой вращения nк через редуктор 3. Кулачек 4 обеспечивает толкателю 5 возвратно-поступательное движение. Для уменьшения трения о поверхность кулачка, толкатель 5 снабжен роликом. Толкатель 5 приводит в движение кривошипно-кулисный механизм 6, который соединен с нитеводителем 7. Через глазок нитеводителя 7 продета нить, которая подается с катушки.

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

14

Исходные данные к курсовой работе:

№ варианта 20;

Ход толкателя Sc = 290 мм;

Частота вращения двигателя nдв = 2000 об/мин;

Частота вращения бобины nб = 1900 об/мин;

Частота вращения кулачка nк = 180 об/мин;

Модуль зубчатого зацепления m = 3 мм;

Максимальный угол давления кулачка = 35 град;

Момент инерции нитеводителя Jн = 6

Момент инерции кулачка Jк = 0,2

Коэффициент неравномерности ?? = 0,04;

Сила натяжения нити Рн = 0,015 Н;

Масса толкателя mт = 0,1 кг;

График скорости толкателя- синусоидальный;

Угол зубчатого зацепления .

2. Синтез кулачкового механизма

2.1 Построение диаграммы скорости толкателя

Заданы фазовые углы кулачка:

.

Используем масштабный коэффициент угла поворота кулачка равный

2.2 Построение диаграммы перемещения толкателя методом графического интегрирования.

Построение диаграммы перемещения толкателя осуществляют методом графического интегрирования. По заданному ходу толкателя рассчитывают масштабный коэффициент перемещения:

где - заданный ход толкателя, = 0,29 м.;

- максимальная амплитуда построенного графика перемещения толкателя, мм;

Рассчитывают масштабный коэффициенты времени

где - частота вращения кулачка, = 180 [об/мин];

Масштабный коэффициент скорости толкателя

где ОР1- полюсное расстояние (выбираем 30 мм).

2.3 Построение диаграммы ускорения толкателя методом графического дифференцирования

Построение диаграммы ускорения толкателя осуществляют методом графического дифференцирования.

Масштабный коэффициент ускорения толкателя

где ОР2- полюсное расстояние равное 30 мм.

Угловая скорость кулачка:

2.4 Расчет геометрических параметров кулачка и построение профиля кулачка.

Радиус кулачка:

где - максимальный угол давления в кулачковом механизме, = 35 град.;

Задачу проектирования профиля кулачка решают по его развертке. Длина развертки кулачка

Радиус ролика

Для построения развертки кулачка заполняют таблицу 1. По рассчитанным и заданным параметрам и используя известную методику строят развертку кулачка, его виды.

Таблица 1

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
	0,02	0,07	0,14	0,21	0,27	0,29	0,27	0,21	0,14	0,07	0,02	0
	2,65	4,59	5,3	4,59	2,65	0	2,65	4,59	5,3	4,59	2,65	0
	19,3	31,2	35	31,2	19,3	0	19,3	31,2	35	31,2	19,3	0

На поле чертежа откладывается горизонтальный отрезок L, разделенный на 12 равных частей. Для каждого положения толкателя по оси ординат откладывается перемещение толкателя в натуральную величину, т.е. берется значение с диаграммы перемещения, умножается на коэффициент KS. Затем полученные точки соединяют плавной кривой, получая теоретический профиль кулачка. В каждой точке чертится окружность радиусом rp. После чего проводятся касательные линии сверху и снизу к каждой окружности, очерчивая действительный профиль кулачка. Затем в соответствии с проекционными связями достраивается вид сбоку и вид сверху кулачка.

2.5 Построение графика изменения угла давления

Угол давления кулачкового механизма -- это угол давления между нормалью восстановленной к профилю кулачка в точке касания толкателя и линейной скоростью толкателя. Значения измеренных транспортиром углов заносим в таблицу 1.

Угол давления является одной из важнейших характеристик при выборе размеров кулачка.

Чем меньше угол давления, тем меньше силы трения, больше КПД и больше габариты механизма.

В системе координатпо оси ординат откладываем углы давления в градусах, а по оси абсцисс -- углы поворота кулачка.

Масштабный коэффициент угла давления

3. Синтез эвольвентного зубчатого зацепления

Передаточное отношение -- это отношение угловых скоростей входного (ведущего) и выходного (ведомого) звеньев.

Рассчитываем передаточное отношение между двигателем и бобиной

где i1 - передаточное отношение между двигателем и промежуточным валом; i2 - передаточное отношение между промежуточным валом и бобиной.

тогда

Определяем частоту вращения промежуточного вала nпр

Рассчитываем передаточное отношение i3

так как i3 > 2 необходимо ввести 3 дополнительные ступени при условии i12 = i34 = i56 = i78.

Тогда

где z2, z1 - числа зубьев зубчатых колес.

Задавшись числом зубьев первой шестерни z1 = 17, рассчитать

Расчет параметров зубчатых колес и построение внешнего эвольвентного зацепления.

Определяем параметры зубчатых колес, находящихся в зацеплении:

- высота головки зубьев ha = m = 3 мм;

- высота ножки зубьев hf = 1,25 * m = 3,75 мм;

- диаметры начальных окружностей:

- диаметры выступов зубьев:

- диаметры впадин зубьев:

Межцентровое расстояние:

Шаг по начальной окружности:

Угол зацепления:

.

Подсчитав все размеры элементов зацепления и приняв угол зацепления , вычерчиваем внешнее зубчатое зацепление. При вычерчивании элементов зубчатого зацепления масштаб построения выбираем таким образом, чтобы высота зубьев на чертеже была не менее 40-50 мм, учитывая, что высота зуба h = 2,25 * m мм.

Построение. На поле чертежа откладывается межосевое расстояние с центральными осями зубчатых колес O1 и O2. Откладываются начальные окружности радиусами Dw1/2 и Dw2/2. В полюсе зацепления P проводим касательную к этим окружностям. Проводим линию теоретического зацепления под углом к нормали. Опускаем из точек O1 и O2 перпендикуляры O1M и O2N на линию теоретического зацепления.

Обозначим длины этих перпендикуляров через Rb1 и Rb2. Построим радиусами Db1/2 и Db2/2 основные окружности. Проводим, далее, окружности выступов зубьев радиусами Da1/2 и Da2/2 и окружности впадин зубьев радиусами Df1/2 и Df2/2. Делим отрезок MP и отрезок NP на 5 равных отрезков. Рассмотрим построение эвольвенты для ведущего колеса. На основной окружности вправо и влево откладываем хорды, равные длине отрезка разбиения. Количество хорд равно количеству отрезков разбиения. Через точки касания хорд проводим касательные линии к основной окружности. На этих касательных откладываем отрезки, равные длине отрезков разбиения. Полученные точки соединяем непрерывной линией -- это и будет эвольвента передней поверхности зуба. Используя свойства симметрии зуба и знание шага pw, строим эвольвенту поверхности зуба. Геометрическим способом строим остальные эвольвенты зубьев. Аналогично строим эвольвенту для ведомого колеса.

На зубьях непосредственно находящихся в зацеплении отметим рабочие участки зубьев, а также построим диаграмму работы зубьев. Для этого к практической линии зацепления восстанавливаем перпендикуляры, чертим прямоугольник произвольной ширины и от каждой стороны откладываем отрезки равные шагу по основной окружности:

Заштриховываем зоны работы зубьев.

Коэффициент перекрытия (зацепления):

Анализ значения коэффициента перекрытия:

- таким образом, 41,4% времени в зацеплении находится одна пара зубьев;

- таким образом, 58,6% времени в зацеплении находятся две пары зубьев.

4. Расчет маховика

4.1 Построение диаграммы приведенного момента сил сопротивления

Во время работы машины в установившемся режиме на двигатель воздействуют различные силы сопротивления. В данном курсовом проекте учитываем только силу сопротивления привода нитеводителя.

Тогда формула для расчета момента сил сопротивления, приведенных к валу, на котором находится кулачок, будет иметь вид:

, ,

где - угловая скорость кулачка, 1/с;

- сила натяжения нити, Н;

- скорость толкателя кулачкового механизма (таблица 1), м/с.

Силу натяжения нити определяем графически для каждого положения кулачкового механизма (через каждые 30°). Для этого строим график изменения величины , учитывая, что при 90° и 270° сила натяжения нити будет равна нулю, изменение значения происходит по линейному закону. Результаты расчетов силы натяжения нити и приведенного момента сил сопротивления заносим в таблицу 2.

Таблица 2

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
	0,015	0,010	0,005	0	0,005	0,010	0,015	0,010	0,005	0	0,005	0,010	0,015
	0	0,0014	0,0012	0	0,0012	0,0014	0	0,0014	0,0012	0	0,0012	0,0014	0

По полученным данным строим диаграмму приведенного момента сил сопротивления и рассчитываем масштабные коэффициенты:

4.2 Построение диаграмм работы сил сопротивления и движущих сил.

Диаграмму работы сил сопротивления строят методом графического интегрирования диаграммы .

Диаграмма работы движущих сил представляет собой прямую линию, соединяющую крайние точки графика работы ил сопротивления. Такой способ построения графика обоснован тем, что при установившемся движении работа движущих сил равна работе сил сопротивления: .

Масштабный коэффициент работы:

Методом графического дифференцирования графика работы движущих сил строят график приведенного момента движущих сил .

4.3 Построение диаграммы изменения кинетической энергии механизма

График изменения кинетической энергии движения машины строят по диаграммам работ движущих сил и сил сопротивления. Для чего используют формулу:

,

то есть для каждого положения находят разность соответствующих ординат по графикам работы и эти значения откладывают на графике

.

Масштабный коэффициент графика:

4.4 Построение диаграммы приведенного момента инерции

В данном курсовом проекте учтены моменты инерции кулачка, а также вращательного и поступательного движений нитеводителя. Формула для расчета приведенного момента инерции:

,

где - момент инерции кулачка, кг м2;

- момент инерции нитеводителя, кг м2;

- угловая скорость нитеводителя, 1/с;

- угловая скорость кулачка, 1/с;

- масса толкателя, кг;

- скорость толкателя, м/с.

В этой формуле постоянными и заданными величинами являются ,,,. Переменными величинами являются и , значения скорости толкателя снесены в таблицу 1. Угловую скорость нитеводителя рассчитывают по формуле:

, 1/с.

Значения промежуточных величин и приведенного момента инерции для 13 положений заносим в таблицу 3.

Таблица 3

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
	0	9,14	27,41	36,55	27,41	9,14	0	9,14	27,41	36,55	27,41	9,14	0
	0,2	1,61	12,91	22,79	12,91	1,61	0,2	1,61	12,91	22,79	12,91	1,61	0,2

По полученным значениям строим график приведенного момента инерции.

Масштабный коэффициент:

4.5 Построение диаграммы энергомасс

Диаграмму энергомасс строим исключением параметра из графиков

и

К полученной диаграмме проводим касательные под углами и .

где wср= wк = 18,84 1/с,

d--=--_,_4-----коэффициент неравномерности.

В нашем случае и имеют значения близкие к 90о, значит касательные пересекут вертикаль далеко за пределами чертежа. Поэтому отрезок kl определяем аналитически.

Из треугольника Domk следует:

Из треугольника Donl следует:

(длины om и on [мм] определяются по диаграмме).

Тогда kl = ol - ok = 13057708,151 - 114591,559 = 12943116,592 [мм].

Момент инерции маховика считаем по формуле:

4.6 Расчет массы и геометрических параметров маховика

Средний диаметр маховика принимаем: Dср = 0,6 м.

Масса обода маховика:

Окружная скорость маховика:

Так как , то материал маховика -- чугун.

Определяют геометрические параметры сечения маховика.

Площадь сечения маховика:

где r--=--72__-----плотность материала маховика .

Принимаем h = 2 * b,

тогда

h = 2 * b = 2 * 0,102 = 0,204 м.

Вычерчивают в масштабе сечение маховика в виде колеса со спицами.

5. Список литературы

кулачковый механизм толкатель маховик

Артоболевский Н.Н. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов. - изд. 5-е, перераб. и доп. - М.: Наука, 2000. - 640 с.

Коловский М.З. и др. Теория механизмов и машин. М.: Академия, 2006.- 324 с.

Коловский М.З., Евграфов А.Н. Теория механизмов и машин: Учебное пособие для вузов. М.: Академия, 2006.- 523 с.

Махова Н.С. и др. Основы теории механизмов и машин. М.: Владос, 2007.- 154 с.

Попов С.А., Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин. М.: Высшая школа, 2004.- 354 с.

Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон,- М., 1974.

Смелягин А.И. Теория механизмов и машин. Новосибирск: Инфра-М, 2007.- 256 с.

Смелягин А.И. Теория механизмов и машин: Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов, М.: Высш. шк., 2003.-263с.

Теория механизмов и механика машин: Учеб. для вузов/ Под ред. К.В.Фролова. - М.: Высшая школа, 2003. - 496 с.

Фролов К. В. Теория механизмов и механика машин. М.: Высшая школа, 2005.- 254 с.

Юдин В.А., Барсов Г.А.. Сборник задач по теории механизмов и машин: Учеб. пособие. - изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001. - 315 с.

Размещено на Allbest.ru