Проектирование и исследование механизмов установки для укладки арматурной проволоки

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка

по курсовому проекту  по курсу теория механизма и механика машин.

 

Проектирование и исследование механизмов установки для укладки  арматурной проволоки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                               

                                                                                   

Руководитель проекта:                                          Тимофеев Г.А. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Москва, 2007 год

РЕФЕРАТ

Расчетно-пояснительная  записка к курсовому проекту  “Проектирование и исследование механизмов установки для укладки  арматурной проволоки” содержит 35 страниц машинописного текста, 7 рисунков, 7 таблиц, диск с программами ZUB и Diada.

В расчетно-пояснительной записке  проведены проектирование основного  механизма установки для укладки арматурной проволоки и определение ее закона движения; силовой расчет основного механизма установки с учетом динамических нагрузок; проектирование кулачкового механизма; проектирование зубчатой передачи и планетарного механизма, отрезающего проволоку.

 

Оглавление

РЕФЕРАТ 2

Техническое задание 4

Определение закона движения механизма 7

Проектирование кривошипно-ползунного механизма 7

Определение основных размеров звеньев механизма. 7

Определение передаточных функций 7

Определение приведенного момента движущих сил 9

Определение приведенных моментов инерции II-й группы звеньев механизма. 10

Определение работы движущей силы, сил сопротивления и суммарной работы. 12

Построение диаграммы кинетической энергий для первой группы звеньев. 12

Определение необходимого момента инерции маховых масс первой группы. 13

Габаритные размеры и масса маховика. 13

Построение приближенной диаграммы угловой скорости. 13

Силовой расчет 14

Исходные данные для расчета. 14

Построение планов скоростей и ускорений в положении, соответствующем углу поворота начального звена . Нахождение угловых скоростей и ускорений звеньев в заданном положении. 15

а) построение плана скоростей и нахождение угловых скоростей 15

б) построение плана ускорений 15

Определение сил тяжести, сил и моментов сил инерции, действующих на звенья. 17

Звено 3 17

Группа звеньев 2-3 18

Группа звеньев 0-1. 18

Погрешность нахождения движущего момента на начальном звене. 19

Проектирование кулачкового механизма. 19

Исходные данные 19

Построение кинематических диаграмм движения толкателя методом графического интегрирования. 19

Определение основных размеров кулачкового механизма. 20

Построение профиля кулачка. 21

Построение графика изменения углов давления. 22

Проектирование зубчатой передачи. 23

Выполнение геометрического расчета эвольвентной передачи 23

Определение геометрических параметров зубчатой передачи с использованием ЭВМ. 25

Выбор   коэффициентов   смещения    с    учетом    качественных показателей работы зубчатой   передачи. 29

Построение профиля зуба колеса, изготовляемого реечным инструментом. 31

Построение проектируемой зубчатой передачи. 32

Проектирование планетарного редуктора. 32

Проверка передаточного отношения планетарного редуктора графическим способом. 35

 

Техническое задание

Проектирование и исследование механизмов установки для укладки  арматурной проволоки

Установка предназначена для укладки  арматурной проволоки на конвейер. Основным механизмом установки является четырехзвенный рычажный механизм, состоящий из кривошипа 1, коромысла 3, шатуна 2 и стойки 4. Сила F сопротивления при укладке приложена в точке Е коромысла 3, является постоянной величиной и направлена по касательной к траектории этой точки. Крайних положения DE’ и DE” коромысла 3 сила F меняет свое направление. Проволока 5 укладывается между штырьками 6 конвейера, который движется перпендикулярно плоскости рычажного механизма.

Привод установки состоит из двухрядного планетарного редуктора 7 (число блоков сателлитов к=3) и электродвигателя 8. На выходном валу редуктора установлен маховик 9, обеспечивающий требуемый  коэффициент неравномерности вращения кривошипа (δ=1/20).

Кулачковый механизм предназначен для отрезки секций уложенной  проволоки. Кулачок 10 жестко связан с  зубчатым колесом 7 и получает вращение от кривошипа 1 через зубчатую передачу, состоящую из колес z5, z6, z7 и z8(модуль колес m=5 мм). Закон движения толкателя 2 дан на рисунке. Допустимый угол давления [υ] = 25°.

Примечание. Центры масс S2 и S3 звеньев 2 и 3 находятся в середине их длин. Моменты инерции этих звеньев относительно их центров масс определяются по формуле Iis=mili²/12

 

№ п/п	Наименование параметра	Обозначение	Единицы СИ	Значение
1	Ширина укладки проволоки	H	м	0.36
2	Угол поворота коромысла	β	град	56
3	Коэффициент измерения средней скорости коромысла	kω	–	1.0
4	Средняя скорость укладки проволоки	(Ve)cp	м/с	0.6
5	Массы звеньев 3 и 2	m3=2m2	кг	9.4
6	Усилие, необходимое для укладки  проволоки	F	Н	470
7	Момент инерции зубчатых колес, приведенный  к валу кривошипа		кг*м2	4.5
8	Угловая координата кривошипа 1	φ	град	150
9	Передаточное отношение планетарного редуктора	U1h	–	14
10	Число зубьев колес	z5=z4	–	14
		z6=z8	–	28
11	Ход толкателя кулачкового механизма	hN	м	0.016
12	Угол рабочего профиля кулачка	δp	град	140
13	Угол дальнего стояния толкателя	φдс	град	10

 

 

Определение закона движения механизма

Проектирование  кривошипно-ползунного механизма

Кривошипно-ползунный механизм применяется для преобразования вращательного движения кривошипа 1 во вращательное движение коромысла 3. Коромысло и кривошип шарнирно соединяются с шатуном 2 в кинематических парах C и B .

Целью проектирования является создание (синтез) кинематической схемы  механизма с заданным соотношением длин звеньев (l_DC=l_CE и l_BC=3l_AB), обеспечивающим заданную ширину укладки проволоки H и угол поворота коромысла β .

Определение основных размеров звеньев механизма.

Сначала определяем длины  коромысла 3. Так как у нас задан  угол поворота коромысла и ширина укладки проволоки, то определим l_DE как радиус сектора:

,                                         где n – градусная мера центрального угла;

Теперь  рассмотрим два положения механизма: 1) φ₁=0 рад; 2) φ₁=

AB=x, BC=y=2x:

AB+BC=z; и BC-AB=z-0.18, где z – расстояние С”C’

Решаю систему  из этих 2 уровней получили, что AB=0.09м, ВС=0.18м. Легко понять, что АС’=ВС=0.18м. Таким образом, все размеры определены.

Определение передаточных функций

Передаточные функции определим  из соотношений:

 

Результаты расчета приведены  в таблице 1.

 

Таблица 1. Аналоги скоростей точек.

Угол	Vqc	VqS2	VqS3	Vqe	U21	U31
0	0	0,045	0	0	-0,5	0,01
30	0,08	0,066	0,08	0,167	-0,63	-0,44
60	0,11	0,097	0,11	0,227	-0,36	-0,6
90	0,08	0,085	0,08	0,161	0,1	-0,42
120	0,05	0,063	0,05	0,095	0,39	-0,25
150	0,024	0,047	0,024	0,049	0,51	-0,13
180	0,002	0,045	0,002	0	0,5	0
210	0,03	0,059	0,03	0,061	0,37	0,17
240	0,072	0,081	0,072	0,144	0,14	0,38
270	0,093	0,092	0,093	0,187	-0,04	0,49
300	0,09	0,089	0,09	0,18	-0,17	0,47
330	0,062	0,072	0,062	0,124	-0,31	0,33
360	0	0,045	0	0	-0,5	0,01

 

По полученным данным строим графики  зависимостей передаточных функций  от угла поворота кривошипа .

Определение приведенного момента движущих сил

На механизм действуют моменты  от сил тяжести, движущей силы и от силы сопротивления. Моменты от сил тяжести можно не учитывать, т.к. они малы по сравнению с моментами от движущей силы и от силы полезного сопротивления. Сила полезного сопротивления у нас – постоянная величина. Найдем момент от этой силы по известной формуле: . Полученные данные приведены в таблице 2.

Таблица 2. Момент от силы полезного  сопротивления.

Угол	Vqex	Vqey	Fx	Fy	MF
0	0	0	418,8	51,2	0
60	-0,23	-0,02	468,2	1,8	-107,722
120	-0,09	0,03	441,7	28,3	-38,904
180	0	0	418,8	51,2	0
240	-0,14	-0,04	441,7	28,3	-60,706
300	-0,18	0,03	468,2	1,8	-84,33
360	0	0	418,8	51,2	0

Таким образом, Мы получаем, что 

Определим момент от движущей силы. Для этого  надо найти площадь под кривой и поделить ее на базу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воспользовавшись программой MathCAD, получили, что =54,775Н.

Построим теперь график суммарного момента, сложив момент от движущей силы и момент силы сопротивления.

Определение приведенных  моментов инерции II-й группы звеньев механизма.

Инерционные характеристики звеньев  механизма в его динамической модели представлены суммарным приведенным  моментом инерции. При расчете, эти  характеристики динамической модели представляются в виде суммы двух составляющих: переменной J_v^пр = J _II^пр и постоянной J_c^пр = J_I^пр. Первая определяется массами и моментами инерции звеньев, передаточные функции которых постоянны, вторые - массами и моментами инерции звеньев передаточные функции которых переменны.

Приведенный момент II-ой группы звеньев (т.е. звеньев, моменты инерции которых зависят от положения механизма).

 Для рассматриваемого механизма во вторую группу звеньев входят звенья 2 и 3. Звено 3 совершает вращательное движение, звено 2 -плоское. Расчет переменной части приведенного момента проводится по следующим зависимостям:

 

По результатам расчета составим таблицу 3.

Угол, град	, кг*м2	, кг*м2	, кг*м2	, кг*м2	, кг*м2
0	0,0095	0,0032	0,0127	0	0,0127
60	0,0442	0,0016	0,0459	0,0386	0,0845
120	0,0187	0,0019	0,0206	0,0067	0,0273
180	0,0095	0,0032	0,0127	0	0,0127
240	0,0308	0,0002	0,0311	0,0155	0,0466
300	0,0372	0,0004	0,0376	0,0237	0,0613
360	0,0095	0,0032	0,0127	0	0,0127

По данным таблицы 3 строим график приведенных моментов инерции.

Определение работы движущей силы, сил сопротивления и суммарной работы.

Диаграммы работ движущей силы и сил сопротивления получим, интегрируя диаграммы их приведенных моментов:

Суммарную работу найдем, сложив работы силы сопротивления  и движущей силы:

;

Построение диаграммы  кинетической энергий для первой группы звеньев.

График полной кинетической энергии  всего механизма получаем по зависимости     .