Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана







Факультет «Робототехники и комплексной автоматизации» Кафедра «Теории механизмов и машин»




РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА



к курсовому проекту на тему:



«Проектирование и исследование механизмов брикетировочного автомата»








Студент: Кулаков И.С.

Группа МТ6-51



Руководитель проекта: Черная Л.А.







Москва, 2015 г.

      1. Техническое задание на проектирование.

1.1 Краткое описание работы механизмов установки.

Брикетировочный автомат предназначен для прессования брикетов из различных материалов. Основный механизмом автомата является кулисный механизм (рис.1-­‐1). Движение от электродвигателя 13 через планетарный редуктор 12 передается кривошипу 1. Камень 2, шарнирно связанный с кривошипом 1, скользит вдоль кулисы 3, заставляя кулису совершать возвратно-­‐вращательное движение вокруг опоры С. Через шатун 4 движение передается ползуну 5, производящему прессование (брикетирование) материала. Диаграмма сил сопротивления, действующих на ползун 5 при прессовании представлена на рис. 1-­‐2. Данные для построения указанной диаграммы приведены в табл.1-­‐1.


Рис.1-­‐1

















Рис.1-­‐3

Механизм выталкивателя готовых брикетов (на чертеже не показан) включает кулачок 9 с поступательно движущимся центральным роликовым толкателем 10. Кулачок приводится в движение от вала 0 кривошипа через зубчатую передачу, состоящую из колес 6, 7, 8. Кулачковый механизм должен обеспечить заданный закон движения толкателя (на рис.1-­‐4).

Маховик 11 установлен на выходной вал у редуктора 12.


Рис.1-­‐4

1.2 Исходные данные.

Таблица 1-2



ц/ п

Наименование параметра

Обозначение

Единица СИ

Числен ные значен ия

1

Длина хода ползуна

H

м

0,4

2

Коэффициент скорости ползуна

KV

-

1.7

3

Расстояние между осями вращения

loc

м

0,18

4

Отношение длины шатуна к длине кулисы

l=lde/lcd

-

0,30

5

Отношения, определяющие центр тяжести звеньев

k=lcs3/lcd=lbs4/lde

-

0,5

6

Число оборотов кривошипа

n1

об/мин

220

7

Максимальное усилие прессования

P1

Н

3000

8

Коэффициент неравномерности

-

1/10

9

Число оборотов электродвигателя

nэд

об/мин

2800

10

Вес звеньев

G1

Н

0

G4

Н

0

G3

Н

45

G5

Н

65

11

Моменты инерции звеньев относительно осей, проходящих через центр масс.

Is3

кг·м2

0,46

Is4

кг·м2

0

12

Соотношение между ускорениями

а12

-

1,8

13

Ход толкателя кулачкового механизма

h

м

0,42

14

Максимально допустимый угол давления

aдоп

град

26

15

Угол рабочего профиля

dраб

град

220

16

Модуль зубчатых колес

m

мм

5

17

Число сателлитов в планетарном редукторе

K

-

3

19

Число зубьев

Z5

-

20

Z6

-

14

Z7

-

20

20

Угол поворота кулачка, соответствующий

дальнему стоянию толкателя


f,выст


град


10

      1. Проектирование закона движения механизма.

        1. Синтез основного механизма.

      1. Постановка задачи.

Определить постоянные параметры кинематической схемы механизма по известной его структурной схеме. При проектировании механизма принять ряд определенных допущений:

        1. Звенья механизма представляют собой абсолютно твердые тела.

        2. Все кинематические пары плоско-рычажного механизма, независимо от особенностей и конструктивного исполнения, - одноподвижные пары V класса.

        3. Зазоры в кинематических парах отсутствуют.

      1. Исходные данные.


Длина хода ползуна

Н, м

Расстояние между опорами

lOC, м

Коэффициент скорости ползуна

КV

Отношение длины шатуна к длине кулисы

l=lde/lcd

Отношения, определяющие центр тяжести звеньев k=lcs3/lcd=lbs4/lde

0,38

0,19

0,2

0,30

0,5





,

      1. Определение размеров механизма.

Угловой ход кулисы:




(Kv 1) Kv 1

  6 ˚


Длина кривошипа, м:

loa locsin⎛ ⎞

⎝ 2 ⎠


loa


0.075 м



lcd

Длина кулисы, м:

H



2sin⎛ ⎞

⎝ 2 ⎠


lcd


0.505 м


Длина шатуна, м:

lde  0.30lcd


lde


0.114 м


При проектировании кривошипно-­‐кулисного механизма ось ползуна 5 проводить через середину стрелы прогиба дуги, стягивающей крайние положения точки D кулисы СD.

Длину этой стрелы определяют по формуле:


H1 cos

2

hd 

2sin

hd 0.051 м

⎝ 2


Положение центров масс кулисы и шатуна:


lcs3

 0.5lcd

lcs3

0.25


2.2 Определение параметров динамической модели.

      1. Постановка задачи.

Требуется определить закон движения системы при заданном управляющем силовом воздействии с использованием ряда допущений:

        • звенья механизма представляют собой абсолютно твердые тела;

        • зазоры в кинематических парах отсутствуют.


Метод решения - энергетический (на основе закона сохранения энергии).


      1. Расчет кинематических передаточных функций.

Для определения кинематических передаточных функций (аналогов скоростей) необходимо знать положения звеньев и точек. Для их определения воспользуемся методом векторных контуров, а для вычислений и построений графиков используем программу MathCAD.

Формула строения механизма: Iв(0,1) -> IIвпв(2,3) -> IIввп(4,5)

Начальный угол рабочего хода вычисляем по данной формуле:


n  2 2


Группа Iв(0,1)

1( )  n

xa( )  loacos 1( )

ya( )  loasin 1( )

Группа IIвпв(2,3)

2

2


h( ) 

xa( )

xc ya( )

  • yc



snf3( ) 

ya( )

  • yc

h( )



csf3( ) 

xa( )

  • xc

h( )


3( )  atan2(csf3( ) snf3( ))

3 -угол поворота кулисы. xd ( )  lcdcos 3( ) xc yd( )  lcdsin 3( )

xs3( )  xc lcs3cos 3( )

ys3( )  lcs3sin 3( )







-­‐определение координат точки D.



-­‐определение координат точки S3.



Группа IIввп(4,5)

hd

xe  xd (0) 2


csf4( ) 

xd ( )

  • xe



snf4( ) 

lde

1 csf4( )2



4( )  atan2(csf4( ) snf4( ))

ye( )  yd( )

ldesin 4( )

xs4( )  xd( ) lds4cos 4( )

ys4( )  yd( ) lds4sin 4( )

Аналоги ускорений и скоростей найдем путем дифференцирования функций.

Кинематические характеристики некоторых точек механизма.


Т.A

Vqay ( )  d ya( )

d

Vqax( )  d xa( )

d

2

aqay( )  d ya( )

d 2

2

aqax( )  d xa( )

d 2

T.D

Vqdy ( )  d yd( )

d

Vqdx( )  d xd ( )

d

2

aqdy( )  d yd( )

d 2

2

aqdx( )  d xd ( )

d 2

T.E

Vqe( )  d ye( )

d

2

aqe( )  d ye( )

d 2

T.S3

Vqys3 ( )  d ys3( )

d

Vqxs3( )  d xs3( )

d

2

aqys3 ( )  d ys3( )

d 2

2

aqxs3( )  d xs3( )

d 2

T.S4

Vqys4 ( )  d ys4( )

d

Vqxs4( )  d xs4( )

d

2

aqys4 ( )  d ys4( )

d 2

2

aqxs4( )  d xs4( )

d 2


Кинематические характеристики :


Кулисы

q3( ) 

d d

3( )


q3( ) 

d2

2 3( )

d

Шатуна

q4( ) 

d d

4( )


q4( ) 

d2

2 4( )

d

      1. Приведение сил

Для упрощения определения закона движения механизма реальный механизм заменим одномассовой динамической моделью.

Динамической моделью механизма называется отдельно взятое звено приведения, образующее вращательную пару со стойкой, условно снабженное переменным моментом инерции 𝐼пр и вращающееся под

действием момента MprS .

Примем за звено приведения звено механизма под номером 1. Найдем приложенный к нему суммарный приведенный момент:

,

где Mprтяж(f) – приведенные момент сил тяжести, Mprсопр(f) – приведенный момент сил сопротивления, Mprдвиж приведенный движущий момент.

Приведенные моменты находим из условия равенства мощностей момента от силы, приложенной к звену приведения, и суммы мощностей моментов от сил, приложенных к i-му звену:

Nпр=SNi.

Приведенный момент от сил тяжести равен векторному произведению силы тяжести, действующей на звено, на скорость центра масс звена.

Поэтому при расчете в проекциях остается только вертикальная составляющая скорости центра масс звена:

Приведенный момент сил сопротивления находим по формуле:


Приведенный момент движущих сил Mprd=const определяем из условия, что при установившемся движении работа сил сопротивления равна сумме работ движущего момента и момента от сил тяжести за цикл. Находим

работу сил сопротивления за цикл как интеграл от суммы моментов сил сопротивления и сил тяжести:


Ac 226.1

Тогда приведенный движущий момент равен:



Mprd 

Ac 2








      1. Приведение масс.

Суммарный приведенный момент инерции динамической модели:

𝐼пр = 𝐼пр + 𝐼пр,

! !!


где 𝐼пр

!

= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 момент инерции первой группы звеньев (момент инерции


вращающихся деталей, приведенный к выходному валу редуктора);

𝐼пр = 𝑣𝑎𝑟 момент инерции второй группы звеньев.

!!

Найдем приведенный момент инерции второй группы звеньев.


Приведенный момент инерции

i го звена механизма найден из условия

равенства кинетических энергий всех звеньев механизма и звена приведения:

Тпр=SТi.

В общем случае приведенный момент инерции определяется по формуле:


пр 2 2

Ii Iis qi m Vqi

где:

пр

i приведенный момент инерции;

I


Iis


q


момент инерции i-го звена относительно центра масс;


- аналог угловой скорости i-го звена;


m – масса i-го звена; m=G/g


Vqi


аналог линейной скорости i-го звена.


В нашем механизме массу имеют 3 и 5 звено. Приведенные моменты инерции для этих звеньев рассчитываем по формулам:


2

Ipri3( )  Is3q3( )


Iprm3( ) m3Vqxs3( )

2

2

  • Vqys3 ( )

⎝ ⎠

2

Iprm5( )  m5Vqe( )


Тогда суммарный приведенный момент инерции второй группы звеньев:

Ipr( )  Ipri3( ) Iprm3( ) Iprm5( )

График суммарного приведенного момента инерции второй группы и график его производной находим с помощью программы MathCAD.

    1. Построение графика суммарной работы.

Суммарный момент, действующий на механизм: Таблица результатов:

Суммарная работа интеграл от суммарного момента,


действующего на механизм:

A( ) 

0


M( ) d

    1. Построение графика угловой скорости звена приведения.

Для определения кинетической энергии II группы звеньев нужно найти ω.ср. Определение ω.ср:




Определение кинетической энергии II группы звеньев:


T2( )  Ipr( )

2

sr


2

Момент инерции первой группы звеньев связан с коэффициентом неравномерности следующим соотношением:




Ipr1 

T1max T1min


2

sr 


Используя программу MathCAD находим максимальное изменение кинетической энергии I группы звеньев:



T 1nb  T1max T1mi






Определение изменения угловой скорости кривошипа:

T1max T1min


 ( ) 

T 1( ) 2

sr Ipr1

Определение угловой скорости кривошипа:

( )  sr  ( )

График угловой скорости звена приведения строим с помощью программы MathCAD.


Случайные файлы

Файл
145073.doc
176054.rtf
CBRR2552.DOC
46864.rtf
26766.rtf