курсовой проект 8-Д (РПЗ)

Посмотреть архив целиком




Московский Государственный Технический Университет

им. Н. Э. Баумана




Факультет: Робототехника и комплексная автоматизация

Кафедра: Теория машин и механизмов





РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


к курсовому проекту на тему:


Проектирование и исследование механизмов

холодновысадочного автомата.


Задание № 8 Вариант Д











Студент: Лихачев И.В.


Руководитель проекта: Барышникова О.О.

















Москва 2007 г.

Реферат

Курсовой проект содержит 4 листа формата А1 и расчетно-пояснительную записку.

Расчетно-пояснительная записка содержит динамический расчет механизма холодновысадочного автомата. Расчет включает синтез основного механизма, определение

его закона движения, силовой расчет основного механизма, расчет и исследование зубчатой передачи и планетарного механизма, расчет кулачкового механизма.

Расчетно-пояснительная записка состоит из 27-ти страниц, 9-ти рисунков, 7-ми таблиц и 2-х приложений.


Содержание.

1 техническое задание……………………………………………….………......5

1.1 Назначение и принцип работы 5

1.2 Исходные данные 6

2 Определение закона движения......................................................................8

2.1 Определение размеров механизма 8

2.2 Определение передаточных функций 9

2.3 Приведение сил и масс 9

2.3.1 Определение приведённого момента сил и суммарной работы 10

2.3.2 Определение приведённого момента инерции. 11

2.4 Определение массы маховика 13

2.5 Определение угловой скорости начального звена и начальной кинетической энергии 133

2.6 Выбор электродвигателя 133

2.6.1 Определение времени цикла. 133

2.6.2 Уточнение частоты вращения двигателя. 13

2.6.3 Средняя работа и мощность за цикл 13

2.6.4 Учёт потерь на трение 13

3 Силовой расчёт механизма 15

3.1 Определение угловых ускорений и ускорений центров масс звеньев механизма 15

3.2 Определение сил и моментов, действующих на звенья механизма. 16

3.3 Определение реакций в кинематических парах механизма 16

4 Проектирование зубчатой передачи и планетарного

механизма 18

4.1 Выбор коэффициента смещения 18

4.2 Построение профиля зуба, изготовляемого реечным инструментом 19

4.3 Построение проектируемой зубчатой передачи 200

4.4 Проектирование планетарного зубчатого механизма с цилиндрическими колёсами 20

4.4.1 Определение передаточного отношения планетарного однорядного редуктора. 21

4.4.2 Подбор чисел зубьев. 21

4.4.3 Проверка условия соседства. 21

4.4.4 Проверка условия сборки. 21

4.4.5 Предварительное определение межосевого расстояния. 22

4.4.6 Определение модуля зубчатых колёс редуктора. 22

5 Проектирование кулачкового механизма 23

5.1 Построение кинематических диаграмм и расчет масштабов 23

5.2 Получение начального радиуса кулачка 23

5.3 Профилирование кулачка 24

6 Заключение 25

7 Список литературы 25

8 Приложение 1

9 Приложение 2








Оглавление таблиц и иллюстраций

Таблица 1.1 – 1. Исходные данные………………………………………………………7

Таблица 1.1‑1 Передаточные функции.………………………………………...……….10

Таблица 1.1.1‑2 Приведенные моменты…………………………………………...……12

Таблица 1.1.1‑3 Работа за цикл…………………………………………………..……...12

Таблица 1.1.2‑1 Кинетическая энергия первой группы звеньев………………...…….13

Таблица 1.1.2‑2 Приведенный момент инерции 2-ой группы звеньев……….………14

Таблица 2.6.3. – 1 Параметры двигателя 4А90L4У3 …………………………...……..15



Рисунок 2.1‑1 График изменения силы сопротивления..................................................5

Рисунок 2.1‑2 Функциональная схема.............................................................................5

Рисунок 2‑1 Эскиз холодновысадочного автомата..........................................................8

Рисунок 2.2-1 Передаточные функции .............................................................................9

Рисунок 2.3‑2 Приведенная модель..................................................................................10

Рисунок 2.3‑1 Приведенная модель…………………………….……………………….11

Рисунок 2.6.3-2 Механическая характеристика…………………………………......…16

Рисунок 4.4-1. Однорядный планетарный редуктор………………………………...…24

Рисунок 5.1-1. Закон изменения ускорения толкателя………………………………...25


































  1. Техническое задание


    1. Назначение и принцип работы


Холодновысадочные автоматы предназначаются для высадки из прутка заклепок, болтов, шурупов и других подобных изделий. На одноударных автоматах возможна высадка только тех изделий, у которых длина высаживаемой части составляет не более 2,5 диаметров прутка.

Движение всех механизмов осуществляется от вала 1(рис. 8—1), приводимого во вращение электродвигателем 1 посредством планетарного редуктора 8 и зубчатой передачи 4. Желобчатые ролики 5 механизма подачи материала приводятся во вращение от эксцентрика 6. Прерывистое одностороннее вращение роликов осуществляется посредством храповика 7. Высадочный ползун 3 получает возвратно-поступательное движение от кривошипного вала 1 через шатун 2. Ножевой шток 9 получает движение от ползуна 10, имеющего кулачный паз, в который входит ролик II. Привод ползуна 10 осуществляется от кривошипного вала через регулируемый эксцентрик 12. Кулачковый механизм 17 служит приводом механизма выталкивателя 18.


Процесс высадки изделия: пруток подается прерывисто-вращающимися желобчатыми роликами через отверстие отрезной матрицы 13 до упора (на схеме не показан). При движении ножа вперед от прутка заготовка отрезается и, поддерживаемая специальным крючком, переносится на линию высадки. При движении пуансона 14 к матрице 15 заготовка 20 вталкивается в отверстие матрицы до упора. При дальнейшем движении пуансона происходит высадка головки изделия. При отходе пунсона назад изделие выталкивается стержнем 16 из матрицы.

Кинематический и рабочий цикл механизма высадки совершается в течение одного оборота вала кривошипа.




Рисунок 0.1‑2 График изменения силы сопротивления


Функциональная схема автомата показана на рис. 1.1-2.



Рисунок 0.1‑3 Функциональная схема



    1. Исходные данные

Таблица 1.1 – 1. Исходные данные.

Наименование параметра


Обозначение

Величина в МКГСС*

Размер-ность в МКГСС*

Вели-чина в СИ

Размер-ность в СИ

1. Число оборотов электродвигателя

nном

1350

об/мин

22,5

1/c

2. Число двойных ходов высадочного ползуна

Kx

220


220


3. Ход ползуна при высадке

Нb

0,038

м

0,038

м

4. Угол поворота кривошипа за время высадки

b

90

град

90

град

5. Максимальное усилие высадки

Рмах

4500

кГ

45000

Н

6. Начальное усилие высадки

Рнач

0,1 Рмах

кГ

1 Рмах

Н

7. Отношение длины шатуна к длине кривошипа

lAB/lOA

3,5


3,5


8. Отношение расстояния от точки В до центра тяжести шатуна к длине шатуна


lAS2/lAB


0,33


0,33


9. Координата центра тяжести ползуна

lBS3

0,011

м

0,011

М

10. Вес ползуна

G3

8,0

кГ

80

Н

11. Вес шатуна

G2

3,0

кГ

30

Н

12. Момент инерции шатуна относительно оси, проходящей через его центр тяжести


2S


0.0007


кГмсек2

0,007

кгм2

13.Коэффициент неравномерности

вращения кривошипа

1/15


1/15


14. Маховой момент ротора электродвигателя

GD2д (Jд)

0,48

кГм 2


0.12

кгм2

15. Маховой момент планетарного редуктора и колеса 4, приведенный к валу кривошипа


GD2 (J)


8


кГм 2


2

кгм2

16. Угловая координата кривошипа для силового расчета

1

175

град

175

град

17. Ход толкателя кулачкового механизма выталкивателя

h

0,015

м

0,015

град

18. Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме

доп

30

град

30

град

19. Соотношения между ускорениями толкателя

ν=а41

2,0


2,0


20. Угол рабочего профиля кулачка

раб=раб=выт+выст+отх

выт выст

отх

100

5

70

град

град

град

100

5

70

град

град

град

21. Числа зубьев колес

z4

z5

14

21


14

21


22. Модуль зубьев колес 4 , 5

m

6

мм

6

мм

23. Число сателлитов в редукторе

К

3


3


24. Параметры исходного реечного инструмента

0

χи

χс

20

1

0,25

град



20

1

0,25

град




* МКГСС – единицы в технической системе






























  1. Определение закона движения

    1. О
      пределение размеров механизма

Синтез данного механизма производится графоаналитическим способом.


Рисунок 2‑4 Эскиз холодновысадочного автомата.

Исходные данные:

  1. Ход ползуна при высадке = 0.038 м ;

  2. Угол поворота кривошипа за время высадки

  3. Отношение длины шатуна к длине кривошипа ;

  4. Отношение расстояния от точки B до центра тяжести шатуна к длине шатуна ;

Угол давления:






Данные значения удовлетворяют условию поворачиваемости .


    1. Определение передаточных функций


Передаточные функции для синтезированного механизма определяется программно - аналитически. Программно (с помощью программы MathCAD, Приложение 1) определяются линейные скорости точек А, В, S2, S3 (VS3=VB) и угловая скорость и звена 2, необходимые для дальнейшего расчета (т.е. для определения приведённых моментов и приведённых моментов инерции). Далее по этим скоростям так же программно (с помощью MathCAD), определяются передаточные функции.

Таблица 2.2‑4 Передаточные функции


В графическом виде эти данные представлены на рис. 2.2-1.

Рисунок 2.2-1 Передаточные функции.


    1. Приведение сил и масс


Механизм представляет собой сложную систему звеньев, нагруженных различными силами Чтобы упростить определение закона движения такой сложной системы, применяется метод приведения сил и масс ,который позволяет заменить реальный механизм некоторой эквивалентной схемой - одномассовой динамической моделью механизма (см. рис. 2.3-2).


Звено, называемое звеном приведения, движется так, что его координата совпадает в любой момент времени с координатой начального звена механизма (=). К звену модели приложен приведённый момент сил ,а момент инерции IM этого звена относительно оси вращения является суммарным приведённым моментом инерции механизма =IM .

Все приведённые моменты сил и приведённые моменты инерции вычисляются программно в MathCAD


Рисунок 2.3‑5 Приведенная модель

      1. Определение приведённого момента сил и суммарной работы


Суммарный приведённый момент является эквивалентом всех сил и моментов, приложенных к различным звеньям механизма. В данном механизме к звеньям 2 и 3 приложены только силы т.е. = , а к 1-му звену приложен движущий момент Мд от двигателя. - приведённый момент заменяющий i-ю силу: . Он определяется из условия равенства элементарных работ действительной силы и приведённого момента на своих возможных перемещениях ; =- угловая скорость звена динамической модели, равная угловой скорости начального звена механизма; Vk - линейная скорость точки К приложения силы Fi .

Отношение называют аналогом скорости точки К или передаточной функцией. Средний приведённый движущий момент определяется из условия: = т.е. = . Из вычислений =108.874 Н·м

Таблица 2.3.1‑5 Приведенные моменты

Найдя зависимость суммарного приведённого момента от угловой координаты начального звена можно получить зависимость суммарной работы проинтегрировав т.е. (интегрирование осуществляется в AutoCad 2007 графическим методом)


Таблица 2.3.1‑6 Работа за цикл


      1. Определение приведённого момента инерции.


В основу расчёта приведённого момента инерции положено условие равенства кинетической энергии всех звеньев механизма и звена динамической модели. В этом случае закон движения последнего будет таким же, как и закон движения начального звена реального механизма.

Суммарный приведённый момент инерции всего механизма равен сумме приведённых моментов инерции всех его звеньев и зависит от положения механизма :

==+,

где - приведённый момент инерции i-го звена механизма; - приведённый момент инерции I группы звеньев. В эту группу входит начальное звено и все звенья связанные с ним постоянным передаточным отношением. Приведённый момент инерции I группы звеньев не зависит от положения механизма;- приведённый момент инерции II группы звеньев. Ко II группе относятся все остальные звенья механизма.

1. Приведённый момент инерции при поступательном движении i-го звена механизма:

2. Приведённый момент инерции при вращательном движении i-го звена вокруг неподвижной оси К:

В случае, когда на вращаемся i-м звене центр масс Si не совпадает с осью К, а задан момент инерции то определяется по формуле :

3. При плоскопараллельном движении

В механизме холодновысадочного автомата во II группу звеньев входят звенья 2 и 3. Найдя зависимость находим кинетическую энергию этой группы звеньев:

Динамический синтез механизма проводится по методу Н.И.Мерцалова. В соответствии с ним приведённый момент инерции I группы звеньев связан с наибольшим изменением кинетической энергии этой же группы звеньев следующим образом:

, где - наибольшее изменение кинетической энергии I группы звеньев в цикле.

По методу Н.И. Мерцалова значение определяется так :

TI(*) =-TII+Tнач

=TI max-TI min

Так как начальная кинетическая энергия Тнач величина постоянная, она не влияет на и следовательно для нахождения достаточно построить зависимость TI() =-TII. Для данного механизма величиной TII можно пренебречь, т.к. TII << (см. табл. 2.3-4).

Таблица 2.3.2‑1 Кинетическая энергия первой группы звеньев

=169.503 Дж

По найденным значениям TI и вычисляем :

=14.404 кг·м2


    1. Определение массы маховика

Для вычисления размеров и массы маховика необходимо определить его момент инерции Iдоппр.

Iдоппр =I1пр-Iрпр =14.404 – (2 + 0.14)=12.264 кг*м2;

Iмах =Ιдоппр/Uд12=12.264/(1350/220)2=0.33 кг·м2

Iмах =mD2/4, где m – масса маховика (выраженная в килограммах), D – диаметр обода (выраженная в метрах). Таким образом, m=4· Iмах / D2 =4·0.33/0.72 =2.67 кг.


    1. Определение угловой скорости начального звена и начальной кинетической энергии

График (приближённый ) угловой скорости получают, совершая переход от графика TI (см. лист 1). Масштаб угловой скорости вычисляется по формуле: