28



Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

государственный технический университет им. Н. Э. Баумана




Факультет РК


Кафедра «Теория машин и механизмов»





РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


к курсовому проекту на тему:


«Проектирование и исследование

механизмов ножниц

для резки пруткового материала»

Вариант 92 В





Студент (Базанов М.А.) Группа СМ8-51


Руководитель проекта ( Чернышова И.Н. )














2003 г.


Реферат


Расчетно-пояснительная записка состоит из страниц, таблиц.

Расчетно-пояснительная записка содержит динамический расчет механической системы ножниц с учетом заданного коэффициента неравномерности вращения кривошипа . Расчет включает определение закона движения основного механизма, силовой расчет основного механизма, расчет и исследование зубчатой передачи и планетарного механизма, расчет кулачкового механизма.
































Содержание


1. Техническое задание ..............................................………….. 5

    1. Назначение, функциональная схема, принцип

работы………………………………………………… …….5

1.2 Исходные данные ...............................................…………5

2. Проектирование основного механизма и

определение его закона движения.......................……………….7

2.1. Выбор динамической модели механизма...............………7

2.2. Метод приведения сил и моментов...................……….. 7

2.3. Метод приведения масс и моментов инерции………….8

2.4. Определение передаточных функций

скоростей..………………………………………….....………9

2.5. Приведение сил и моментов...........................………….10

2.6. Приведение масс и моментов инерции...........………….11

2.7. Построение графика суммарного работы А……….12

2.8. Построение графиков кинетической энергии...……..12

2.9. Нахождение необходимого момента инерции

маховых масс................................................……..……….14

3.силовой расчет механизма......................................………..15

3.1. Определение ускорений центров масс и

угловых ускорений.......................…….......................………15

3.2. Определение главных векторов сил инерции………15

3.3. Определение усилий в кинематических парах……..16


4. Проектирование зубчатой передачи....…................………18

4.1. Исходные данные.................…........................….………18

4.2. Качественные показатели зубчатой передачи………18

  1. Выбор коэффициента смещения x1 с учетом

качественных показателей работы зубчатой

передачи………………..……………………….……………..19

4.4.Последовательность расчета зубчатой

передачи………………………………………………………20


4.5. Проектирование планетарного редуктора...……….21

4.5.1. Исходные данные........................................…………...21

4.5.2. Некоторые особенности расчета заданной

схемы...………………………………………………………...21

4.5.3. Условия, которым должны удовлетворять

зубья колес................................................................………22 4.5.4. Выбор чисел зубьев планетарного редуктора………..22

5. Проектирование кулачкового механизма.........…....……..23

5.1. Исходные данные..................................................……...23

5.2. Построение кинематической диаграммы и

расчет масштабов построения.............……........………23

5.3. Получение начального радиуса кулачка..….......………24

5.4. Построение центрового и конструктивного

профилей кулачка........................................….........……….24

    1. Построение графика изменения угла давления...…………………………………………….…….25


6. Заключение..........................................….................…………..26






























1. Техническое задание


1.1. Назначение, функциональная схема,

принцип работы


Ножницы предназначены для резки пруткового материала. Движение на ножницы передается от электродвигателя Э через планетарный редуктор П с колесами z1, z2, z3, пару зубчатых колес z4 и z5 кривошипному валу 1, который через шатун 2 приводит в движение коромысло 3, на котором располагается верхний нож 3* ножниц, с нижней неподвижен и закреплен на станине. Моховик М установлен на кривошипном валу 1. График изменения усилий резания (Рmax/), действующий на неподвижный нож. Принимается, что равнодействующая усилий резания приложено к точке К подвижного ножа.


1.2. Исходные данные


Таблица 1



Наименование величины

Обозначение

Значение


величины

единицы


Частота вращения вала электродвигателя

nэд

c-1

16

Частота вращения кривошипа

n1

c-1

1,6

Расстояние между осями вращения кривошипа 1 и коромысла 3


lOC


м


1,15

Длина коромысла 3

lCB

м


0,6

Положение равнодействующей усилий резания

lCK

м

0,18

Угловой ход коромысла

град

28

Масса шатуна 2

m2

кг

210

Масса коромысла 3

m3

кг

1100

Положение центра масс шатуна 2

lAS2/lAB

-

0,5

Момент инерции кривошипа 1

I1S

кгм2

1,2

Момент инерции шатуна 2

I2S

кгм2

3,1

Момент инерции коромысла 3

I3S

кгм2

3,9

Коэффициент неравномернос-ти вращения вала кривошипа

-

0,17

Момент инерции ротора электродвигателя

IP

кгм2

0,05

Моменты инерции, приведенные к валу кривошипа:

а) редуктора

в) колеса z4

c) колеса z5



Iред

I4

I5



кгм2

кгм2

кгм2




1,6

0,5

0,55


Максимальное усилие резания

Рmax

кН

1200

Координата для силового расчета

1

град

90

Ход толкателя

h

м

0,08

Частота вращения кулачка

nк

с-1

2,5

Максимально допустимый угол давления

град

32

Угол рабочего профиля кулачка

раб

град

160

Модуль зубчатых колес планетарного механизма

m1

мм

6

Модуль зубчатых колес z4z5

m2

мм

10

Число зубьев колес

z4

-

14

Число зубьев колес

z5

-

21

Эксцентриситет толкателя

e

м

0,00

Число сателитов в редукторе



3


Масштаб чертежа ножниц:


200 мм/м.





















2. Проектирование основного механизма и

определение его закона движения


2.1. Выбор динамической модели механизма

В качестве звена приведения выбираем кривошип 1

(рис. 1).




Рис. 1



Мпр. - суммарный приведенный момент - параметр ди­намической модели, который является эквивалентом задан­ной нагрузки, приложенной к механизму;

Jпр. - суммарный приведенный момент инерции - является эквивалентом всей инерционности механизма;

2.2. Метод приведения сил и моментов


Таким образом, все фактические силы и моменты заменяем М пр., приложенным к динамической модели. Эта замена не должна нарушить законы движения механизма. В основу приведения сил и моментов должно быть положено условие равенства элементарных работ каждой силы на возможном перемещении точки ее приложения или момента на возможном угловом перемещении звена, на которое он действует, работе Мiпр., приложенного к модели на угло­вом перемещении модели:


(3)

(4)

Проводя приведение действующих сил и моментов по формулам (3) и (4) получаем следующие выражения:


= 0 (т.к. точка S1 совпадает с точ­кой О и лежит на оси вращения кривошипа - =0);


, (5)

Приведенные моменты от сил тяжести малы по сравнению с моментом от силы трения, следовательно, ими можно пренебречь.


2.3. Метод приведения масс и моментов инерции


Приведенным моментом инерции называется параметр динамической модели, кинетическая энергия которой равна кинетической энергии реально движущихся звеньев. Сум­марный приведенный момент инерции механизма Jпр. пред­ставляет собой сумму приведенных моментов инерции всех подвижных звеньев механизма.

Выделяют моменты инерции первой и второй группы:

JПР. = JI ПР. + JII ПР. :


JI ПР. = J1 ПР. + JМ ПР. - сумма приведенных моментов инерции звеньев, связанных со звеном приведения посто­янным передаточным отношением


JII ПР. = J2ПР. + J3 ПР. - сумма приведенных моментов инерции звеньев, связанных со звеном приведения пере­менным передаточным отношением


Для отдельно взятого звена:


; (6)


Таким образом, видим, что для приведения сил, момен­тов, масс и моментов инерции необходимо определить сле­дующие передаточные функции скоростей Vqk и передаточные отношения угловых скоростей u21, VqS, u31.

Масштаб графика передаточного отношения угловых скоростей:

50 мм/радс-1


Масштаб графика функций скоростей:


750 мм/мс-1



2.4. Определение передаточных функций скоростей


Передаточные функции скоростей находим с помощью программы DIADA. Результаты расчета представлены в таблице 2 .



Таблица 2


Номера позиций

U21,ед

U31, ед

VqS, м/рад

VqK, м/рад

1

-0,02

0,22

0,136

0,04

2

0,05

0,23

0,139

0,042

3

0,09

0,19

0,12

0,034

4

0,12

0,11

0,089

0,02

5

0,119

0

0,07

0,001

6

0,09

-0,1

0,09

0,019

7

0,02

-0,19

0,126

0,034

8

-0,06

-0,25

0,144

0,039

9

-0,12

-0,24

0,127

0,043

10

-0,14

-0,14

0,083

0,025

11

-0,12

0,01

0,072

0,002

12

-0,07

0,15

0,11

0,026



2.5. Приведение сил и моментов.


Используя формулы (5) производим приведение сил и моментов. Результаты расчета приведены в таблице 3.


Таблица 3


N

Мпрс, кНм

Мпртр,кНм к

Мпр, кНм

1

-33,478

-2,058

-35,537

2

-47,998

-2,058

-50,056

3

-24,624

-2,058

-26,683

4

-4,583

-2,058

-6,641

5

-0,144

-2,058

-2,202

6

0

-2,058

-2,058

7

0

-2,058

-2,058

8

0

-2,058

-2,058

9

0

-2,058

-2,058

10

0

-2,058

-2,058

11

-1,348

-2,058

-3,406

12

-17,204

-2,058

-19,262


Используя равенство получаем значение и строим его график:


Мдпр.= 12,783 кН·м



Для получения суммарного приведенного момента М пр. опускаем ось * графика Мпр() на величину.


Масштаб графика моментов определяется:


2,5 мм/кНм


Масштаб оси абсцисс ()


=57,32 мм/рад




2.6. Приведение масс и моментов инерции


Используя формулы (6) производим приведение момен­тов инерции. Результаты приведены в таблице.

Суммарный приведенный момент инерции второй группы складывается из приведенных моментов второго и третьего звеньев. Полученные результаты в таблице 4.




Таблица 4

кгм2]


Номер положения

Jпр2п

Jпр

Jпр

JпрII

1

3,884

0,001

0,189

4,074

2

4,057

0,008

0,206

4,271

3

3,024

0,025

0,141

3,19

4

1,663

0,045

0,047

1,755

5

1,029

0,045

0

1,074

6

1,701

0,025

0,039

1,765

7

3,334

0,0012

0,141

3,476

8

4,356

0,0013

0,244

4,609

9

3,387

0,045

0,225

3656

10

1,447

0,061

0,076

1,584

11

1,089

0,045

0,0004

1,134

12

2,541

0,015

0,088

2,644







2.7. Построение графика суммарной работы А


Суммарная работа А() всех сил равна работе Mпр.():



График А() строим в программе Mathcad методом графического интегрирования графика M(). Для проверки используем равенство нулю А за цикл установившегося движения.

Масштаб работы равен:


2 мм/КДж


2.8. Построение графиков кинетической энергии


Т - Тнач

Т=


При установившемся законе движения происходит изме­нение угловой скорости в пределах от 1наим до 1наиб. В этом случае характеристики закона движения :

- средняя угловая скорость

- коэффициент неравномерности движения механизма

- наибольшее изменение значения кинетической энергии

- кинетическая энергия второй группы звеньев.

Масштаб графика кинетической энергии (ТII(1)) равно:


0,495 мм/Дж


Для получения приближенного графика кинетической энергии первой группы используем уравнение:



Результаты приведены в таблице 5 .


Таблица 5


N

Mпрс, кНм

M, кНм

A,КДж

JпрII, кгм2

TII, Дж

TI, кДж

1

-33,479

-35,537

-6,979

4,074

205,668

7,18

2

-47,998

-50,056

-23,886

4,271

215,629

24,102

3

-24,624

-26,683

-37,813

3,189

161,03

37,974

4

-4,583

-6,641

-39,157

1,755

88,607

39,246

5

-0,144

-2,202

-34,325

1,074

54,199

34,379

6

0

-2,058

-28,797

1,765

89,105

28,886

7

0

-2,058

-23,355

3,476

175,472

23,530

8

0

-2,058

-17,911

4,609

232,691

18,144

9

0

-2,058

-12,491

3,656

184,578

12,676

10

0

-2,058

-7,085

1,584

79,957

7,165

11

1,348

-3,406

-1,646

1,134

57,229

1,703

12

17,204

-6,19,262

0,0

2,644

133,469

0,133



2.9. Нахождение необходимого момента

инерции маховых масс


Момент инерции маховика:


кгм2


Габаритные размеры массы маховика:

маховик – обод со спицами и ступицей:

а) наружный диаметр – D2=0,437, м;

б) внутренний диаметр D1=0,8D2, м;

в) ширина обода b=0,2D2, м;

г) масса обода m=6123(D22-D12)b, кг.


Таблица 6


D2, м

D1, м

b, м

m, кг

2.06

1.65

0.412

3837


Определяем масштаб угловой скорости по формуле:


35,14 мм/(радс-1)


Чтобы перейти от изменения угловой скорости к ее полному значению необходимо определить положение оси абсцисс 1** графика 1(1**). Откладываем по оси ординат графика работы от 1ср значения: y ср= 1ср=353,09 мм.

Определяем кинетическую энергию в начальный момент времени по формуле:


117,8 КДж









3. силовой расчет механизма


3.1. Определение ускорений центров масс, скоростей

и угловых ускорений


Определяем скорости звеньев: