27





Московский ордена Ленина , ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

государственный технический университет им. Н. Э. Баумана




Факультет РК .


Кафедра Теория механизмов .





РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


к курсовому проекту на тему :


Проектирование и исследование

механизмов привода антенны

Задание ОПМI-132A






Студент ( Трусов А. С.) Группа РК9-51


Руководитель проекта ( Тимофеев Г. А. )














1996 г.




Аннотация к РПЗ


Расчетно-пояснительная записка состоит из 27 страниц, 7 рисунков, 7 таблиц.

Расчетно-пояснительная записка содержит динамический расчет механической системы качания механизма привода антенны с учетом заданного коэффициента неравномерности вращения кривошипа d. 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 ....................................................................... cтр. 4

1.1. Назначение, функциональная схема, принцип работы....... cтр. 4

  1. Исходные данные ....................................................................... cтр. 5

2. Проектирование основного рычажного механизма и

определение его закона движения......................................................стр. 7

2.1. Определение размеров основного рычажного механизма..стр.7

2.2. Силы и моменты, действующие на механизм..................... стр. 8

2.3. Выбор динамической модели механизма................. ............. стр. 9

2.4. Метод приведения сил и моментов...................................... стр. 10

2.5. Метод приведения масс и моментов инерции................... стр. 10

2.6. Определение передаточных функций скоростей.............. стр.11

2.7. Приведение сил и моментов................................................... стр.12

2.8. Приведение масс и моментов инерции.................................стр. 13

2.9. Построение графика суммарного работы Аå..................стр. 13

2.10. Построение графиков кинетической энергии................стр. 14

  1. Нахождение необходимого момента инерции

маховых масс.....................................................................................стр.15

  1. Определение момента инерции и размеров

дополнительной маховой массы (маховика)...............................стр.16

2.13.Выбор электродвигателя.......................................................стр.16

2.14. Построение графика угловой скорости............................стр.17

  1. Определение фактического коэффициента

неравномерно­сти вращения кривошипа....................................стр.17

3.силовой расчет механизма............................................................стр.17

3.1. Исходные данные......................................................................стр.17

3.2. Определение ускорений центров масс и

угловых ускорений...........................................................................стр.17

3.3. Определение главных векторов сил инерции.................стр.18

3.4. Определение усилий в кинематических парах................стр.19

4. Проектирование зубчатой передачи..........................................стр.20

4.1. Исходные данные.......................................................................стр.20

4.2. Последовательность расчета зубчатой передачи.......стр.20

  1. Выбор коэффициента смещения x1 с учетом

качественных показателей работы зубчатой передачи......стр.22

5. Проектирование планетарного редуктора...............................стр.23

5.1. Исходные данные.......................................................................стр.23

5.2. Некоторые особенности расчета заданной схемы..........стр.23

5.3. Условия , которым должны удовлетворять

зубья колес........................................................................................стр23

5.4. Выбор чисел зубьев планетарного редуктора..................стр.24

6. Проектирование кулачкового механизма..................................стр.24

6.1. Исходные данные.......................................................................стр.24

6.2. Построение кинематической диаграммы и

расчет масштабов построения................................................стр.24

6.3. Получение начального радиуса кулачка................................стр.25

6.4. Построение центрового и конструктивного

профилей кулачка...........................................................................стр.25

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

7. Заключение...........................................................................................стр.25

8. Список литературы..........................................................................стр.27

9. Приложение 1.......................................................................................стр.28






































1. Техническое задание


1.1. Назначение, функциональная схема,

принцип работы


Рефлектор 3 антенны совершает сложное движение - вращение вокруг вертикальной оси у поворотной платформы 7 и вращение (качание) вокруг оси D. (рис 1, а) Угол качания j3 равен 450 . Привод качания антенны состоит из электродвигателя Д1, планетарного редуктора 5, цилиндрической передачи Z4 - Z5 и кривошипно-коромыслового четырехзвенника ABCD. Кривошип 1 закреплен на валу колеса Z5 и при помощи шатуна 2 связан с коромыслом 3, которое жестко соединено с рефлектором под углом 750 к его оси.

Рис. 1, а




Привод поворотной платформы состоит из электродвигателя Д2, цилиндрической передачи Z6 - Z7 и волновой зубчатой передачи с жесткими колесами Z8 - Z9, гибкого колеса Z10 и трех дисковых волнообразователей на эксцентриковых шейках валов (рис. 1, б). На валу Е - Е зубчатого колеса Z4 закреплен дисковый кулачок 8 поршневого наноса для обеспечения смазки шарниров механизма (рис 1, в).

Поршень 9 соединен с толкателем кулачкового механизма с силовым замыканием контакта пружиной 10.




Рис.1,б Рис. 1, в





1.2. Исходные данные


Таблица 1



Наименование величины

Обозначение

Значение


величины

единицы


Расстояние между шарни­рами С и D рефлектора (длина коромысла)


l3=lCD


м


0.25

Коэффициент изменения средней скорости коро­мысла


Кw


-


1.12

Относительное положение центра масс S2 шатуна

-

0.35

Относительное положение центра масс S3 рефлектора

-

0.32

Диметр рефлектора

D

м

0.75

Частота вращение криво­шипа

n1

об/с

0.6

Коэффициент неравномерности вращения кривошипа


d


-


1/45

Высота установки антенны

H

м

75.0

Момент трения в шарнире A

Мт.А

Н·м

5.6

Момент трения в шарнире C

Мт.C

Н·м

8.8

Момент трения в шарнире D

Мт.D

Н·м

10.6

Масса кривошипа

m1

кг

1.1

Масса шатуна

m2

кг

1.2

Масса рефлектора

m3

кг

32.0

Момент инерции шатуна относительно его центра масс


J2S


кг·м2


0.112

Момент инерции рефлектора относительно его центра масс


J3S


кг·м2


1.125

Приведенный к валу криво­шипа момент инерции колес зубчатой передачи и планетарного редуктора



JЗКпр.



кг·м2



1.15

Угловая координата криво­шипа (для силового расчета механизма)


j1


град.


100

Число зубьев колес

z4

-

10


z5

-

22

Модуль колес

m

мм

8

Передаточное отношение планетарного редуктора

Up

-

36

Ход толкателя

h

м

0.03

Смещение оси толкателя

e

м

0.01

Допустимый угол давления в кулачковом механизме

uдоп.

Град.

20

Угол рабочего профиля кулачка

dp

град.

300

Срок службы

-

ч

5000



График ускорения толкателя

Рис. 2



2. Проектирование основного рычажного механизма и определение его закона движения


2.1. Определение размеров основного

рычажного механизма


Размеры основного рычажного механизма определяем графически. В качестве исходных данных имеем коэффици­ент изменения средней скорости коромысла, длину коро­мысла, угол наименьшего наклона коромысла к горизонтали (j30=150+750=900).


,


Проводим окружность радиусом lCD. Изображаем коро­мысло в крайних положениях, отложив углы j30 и (j30+b). Проведя лучи через точки С и С’’ под углом Q к биссек­трисе угла b, получаем в точке М центр окружности с радиусом МС, которая является геометрическим местом точек А, удовлетворяющих рассчитанному углу перекрытия Q. Через точку D проводим горизонталь. На пересечении этой прямой и окружности с центром в точке М и радиусом МС получаем точку А. Искомые размеры l1, l2 находятся по следующим формулам:

=0.091 м , =0.338 м

Рис. 3




2.2. Силы и моменты, действующие на механизм


Рис. 4

G1 = m1 g = 10.791 H - сила тяжести кривошипа;

G2 = m2 g = 11.77 H - сила тяжести шатуна;

G3 = m3 g = 313.92 H - сила тяжести рефлектора;

F - сила от ветровой нагрузки, действующая на рефлек­тор,

F = p* S, где p* - ветровая нагрузка, p* = a·k·p0;

S - проекция площади рефлектора на направление, перпен­дикулярное направлению действия ветровой нагрузки.

Для расчета механической системы качания имеем a=0.5. Так как высота установки антенны H = 75 м - прини­маем k = 2. По условию p0 = 500 Па.

Таким образом p* = 0.5·2·500 = 500 Па.

Проекция площади рефлектора на направление, перпен­дикулярное направлению действия ветровой нагрузки, зависит от угла поворота коромысла. Значения S и F(S) в зависимости от угла поворота коромысла j3 приведена в таблице 2.

Таблица 2


j3

0

18

36

54

72

90

108

126

144

162

180

S

0,4267

0,4296

0,4356

0,4407

0,4414

0,4364

0,4264

0,4133

0,4001

0,3895

0,3835

F(S)

213,37

214,79

217,82

220,34

220,71

218,22

213,18

206,63

200,03

194,75

191,76

j3

198

216

234

252

270

288

306

324

342

360


S

0,3831

0,3884

0,3988

0,4126

0,4271

0,4383

0,4417

0,4371

0,4299

0,4267


F(S)

191,57

194,22

199,39

206,3

213,57

219,13

220,86

218,56

214,95

213,37




Также в шарнирах механизма действуют моменты тре­ния:

M т. А = 5.6 H·м - момент трения в шарнире А;

M т. C = 8.8 H·м - момент трения в шарнире C;

M т. D = 10.6 H·м - момент трения в шарнире D;


Для удобства расчетов перейдем от силы F(j3) к мо­менту MF, действующему на звено 3, причем MF = F(j3) h , где h - плечо силы F относительно точки D. Зависи­мость h(j3) и MF (j3) сведена в таблице 3.

Таблица 3

j3

0

18

36

54

72

90

108

126

144

162

180

h(j3)

0,2079

0,212

0,2219

0,234

0,2453

0,2537

0,2587

0,2605

0,2602

0,259

0,2582

MF(j3)

44,369

45,532

48,327

51,559

54,134

55,367

55,141

53,818

52,039

50,447

49,506

j3

198

216

234

252

270

288

306

324

342

360


h(j3)

0,2581

0,2589

0,2601

0,2605

0,2584

0,2519

0,2399

0,2248

0,2125

0,2079


MF(j3)

49,444

50,282

51,852

53,737

55,196

55,196

52,977

49,126

45,668

44,369


2.3. Выбор динамической модели механизма

В качестве звена приведения выбираем кривошип 1 (рис 5.).

Рис. 5




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

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

2.4. Метод приведения сил и моментов


Таким образом, все фактические силы и моменты заменяем Мå 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 ( так как точка S1 совпадает с точ­кой А и лежит на оси вращения кривошипа - =0);


, , ,

, ,

(5)


2.5. 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 Jåпр. пред­ставляет собой сумму приведенных моментов инерции всех подвижных звеньев механизма.

JåПР. = JЗК ПР. + J2 ПР.+J3ПР. + JМ ПР.


Выделяют моменты инерции первой и второй группы:


JåПР. = 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:


;


Для звеньев заданного механизма имеем:


(6)


Таким образом видим, что для приведения сил, момен­тов, масс и моментов инерции необходимо определить сле­дующие передаточные функции скоростей Vqi и передаточные отношения угловых скоростей ui1: VqS2y, VqS3y, u31, u21, VqS2, VqS3.




2.6. Определение передаточных

функций скоростей


Передаточные функции скоростей находим с помощью программы TMM_KP.EXE. Результаты расчета представлены в таблице 4.


Таблица 4


j1

0

18

36

54

72

90

108

126

144

162

180

VqS3

0

0,038

0,065

0,082

0,088

0,087

0,08

0,067

0,051

0,031

0,011

VqS2

0,059

0,071

0,082

0,088

0,091

0,09

0,087

0,08

0,072

0,065

0,06

u21

-0,27

-0,191

-0,119

-0,055

0,016

0,055

0,108

0,159

0,207

0,245

0,267

u31

0

0,159

0,271

0,337

0,365

0,362

0,331

0,278

0,209

0,13

0,047

VqS3y

0

0,011

0,015

0,011

0,002

-0,008

-0,016

-0,02

-0,019

-0,013

-0,005

VqS2y

0,048

0,035

0,016

-0,005

-0,028

-0,047

-0,062

-0,07

-0,071

-0,064

-0,051

j1

198

216

234

252

270

288

306

324

342

360


VqS3

0,009

0,029

0,05

0,072

0,093

0,108

0,109

0,086

0,046

0


VqS2

0,06

0,065

0,074

0,084

0,093

0,095

0,087

0,07

0,057

0,059


u21

0,267

0,241

0,184

0,092

-0,032

-0,173

-0,295

-0,354

-0,337

-0,27


u31

-0,036

-0,121

-0,208

-0,298

-0,384

-0,447

-0,448

-0,357

-0,189

0


VqS3y

0,004

0,012

0,019

0,021

0,018

0,007

-0,009

-0,018

-0,013

0


VqS2y

-0,033

-0,011

0,011

0,033

0,051

0,063

0,066

0,063

0,057

0,048



2.7. Приведение сил и моментов.


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


Таблица 5


j1

0

18

36

54

72

90

108

126

144

162

180

Мт.Спр

-2,378

-3,083

-3,425

-3,451

-3,075

-2,696

-1,964

-1,046

-0,019

-1,009

-1,933

Мт.Dпр

0

-1,684

-2,868

-3,572

-3,871

-3,832

-3,507

-2,947

-2,214

-1,379

-0,501

MG3пр

0

-3,555

-4,69

-3,412

-0,624

2,534

5,038

6,201

5,809

4,103

1,583

MG2пр

-0,567

-0,409

-0,193

0,062

0,324

0,558

0,734

0,83

0,837

0,757

0,601

МFпр

0

7,235

13,076

17,375

19,769

20,015

18,243

14,964

10,871

6,562

2,342

МSпр

-8,545

-7,096

-3,7

1,402

6,923

10,979

12,944

12,401

9,683

3,434

-3,509

j1

198

216

234

252

270

288

306

324

342

360


Мт.Спр

-2,673

-3,186

-3,446

-3,431

-3,101

-2,411

-1,349

-0,026

-1,303

-2,378


Мт.Dпр

-0,385

-1,281

-2,203

-3,156

-4,074

-4,738

-4,753

-3,787

-1,998

0


MG3пр

-1,22

-3,853

-5,881

-6,734

-5,653

-2,146

2,706

5,62

4,173

0


MG2пр

0,387

0,134

-0,135

-0,392

-0,604

-0,737

-0,775

-0,741

-0,671

-0,567


МFпр

-1,797

-6,076

-10,779

-16,002

-21,213

-24,669

-23,756

-17,552

-8,61

0


МSпр

-11,289

-19,862

-28,044

-35,314

-40,244

-40,3

-33,526

-22,085

-14,009

-8,545




Момент трения в трения в шарнире А постоянен и равен Мт.Апр= 5.6 Н·м.


Используя равенство получаем значение и строим его график:

Мдпр.= 10.4 Н·м


Рис. 6

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


2.8. Приведение масс и моментов инерции


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


Таблица 6


j1

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

J2пр.

0,012

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,011

0,012

0,012

J3пр.

0

0,09

0,25

0,368

0,404

0,362

0,266

0,152

0,058

0,007

JåIiпр.

0,012

0,1

0,26

0,378

0,414

0,372

0,276

0,163

0,07

0,019

j1

200

220

240

260

280

300

320

340

360


J2пр.

0,012

0,011

0,01

0,01

0,012

0,017

0,02

0,017

0,012


J3пр.

0,006

0,059

0,169

0,341

0,539

0,627

0,446

0,132

0


JåIIпр.

0,019

0,07

0,179

0,351

0,552

0,644

0,466

0,149

0,012



Суммарный приведенный момент инерции второй группы складывается из приведенных моментов второго и третьего звеньев. Однако, так как значи­тельно меньше , то график суммарного приведенного момента инерции второй группы практически совпадает с . Поэтому на листе строим только график сум­марного приведенного момента второй группы.


2.9. Построение графика суммарной работы Аå


Суммарная работа Аå(j) всех сил равна работе Måпр.(j):

График Аå(j) строим методом графического интегрирования графика Må(j). Для проверки используем равенство нулю Аå за цикл установившегося движения.

Масштаб полученного графика рассчитывается по формуле:

, где

К - отрезок интегрирования.


2.10. Построение графиков

кинетической энергии


Т - Тначå

Т=

При установившемся законе движения происходит изме­нение угловой скорости в пределах от w1наим до w1наиб. В этом случае характеристики закона движения :

- средняя угловая скорость

- коэффициент неравномерности движения механизма

Аåнач=Т===