Теория механизмов и машин. Пресс чеканочный

Министерство общего и профессионального  образования России

Санкт-Петербургский  государственный политехнический  университет

 

Механико-Машиностроительный Факультет

Кафедра «Теория механизмов и машин»

 

 

 

 

 

Пресс чеканочный

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

 

 

 

 

 

Разработал студент гр.3041/1          Высоцкий П.С.

Проверил преподаватель                   Петров Г.Н.

 

Оценка         ……………………………………………………...

Комиссия     .……………………………………………………..

                              ……………………………………………………...

 

 

 

Санкт-Петербург

2012 год

Оглавление

Задание 4

Описание работы 5

Механизм 1 7

1.1. Структурный анализ механизма 7

1.2. Геометрический анализ 8

1.2.1. Уравнения геометрического анализа. 9

1.2.2. План 12 положений механизма 11

1.3. Кинематический анализ механизма 11

1.3.1. Определение аналогов скоростей и ускорений 11

1.3.2. Механизм в крайних положениях 11

1.3.3. Планы аналогов скоростей и ускорений при q = 60̊ 12

1.3.4. Планы аналогов скоростей и ускорений для крайнего положения 14

1.4. Графики функции положения и её производных по обобщенной координате 16

2. Механизм 2. 17

2.1. Структурный анализ механизма 17

2.2. Геометрический анализ 19

2.2.1. Уравнения геометрического анализа. 20

2.2.2. План 12 положений механизма 22

2.3. Кинематический анализ механизма 22

2.3.1. Определение аналогов скоростей и ускорений 22

2.3.2. Механизм в крайних положениях 23

2.3.3. Планы аналогов скоростей и ускорений при q = 60̊ 24

2.4. Графики функции положения и её производных по обобщенной координате 29

3. Сравнение двух прототипов по выбранным критериям качества 30

3.1. Критерий Kv 30

3.2. Ход выходного звена H 30

3.3. Подбор механизма по критерию К1 30

3.4. Подбор механизма по критерию К2 30

3.5. Сравнение двух прототипов по критериям качества 31

4. Кинетостатический анализ второго механизма 31

4.1. Определение задаваемых сил и сил инерции 31

4.2. Проверка кинетостатического анализа 34

5. Проектирование привода машины 35

5.1. Выбор двигателя 35

Выбор двигателя большей мощности 36

5.2. Разработка кинематической схемы редуктора 37

6. Внешняя виброактивность механизма 38

6.1. Оценка внешней виброактивности рычажного механизма 38

6.2. Уравновешивание рычажного механизма 41

7. Динамическое исследование машинного агрегата 43

7.1. Построение динамической и математической модели машины 43

7.2. Решение уравнений движения машины 47

7.3. Определение динамических нагрузок в машине 51

7.4. Улучшение показателей качества машины 52

7.5. Переходный процесс (разбег) 53

Вывод 56

Список использованных источников 57

Приложение 1 58

Приложение 2 66

 

 

 

Задание

 

 

 

 

 

 

 

Описание  работы

По  полученному техническому заданию  на курсовое проектирование необходимо спроектировать двигатель, редуктор, рычажный механизм для пресса чеканочного. Чеканочный пресс предназначен для чеканки или

Чеканочный пресс — кривошипный пресс, предназначенный для чеканки, калибровки поковок и других операций объёмной штамповки с малым рабочим ходом. Отличительная особенность чеканочного пресса — шестизвенный кривошипно-коленный механизм привода ползуна, верхнее звено колена которого соединено со станиной, а нижнее — с ползуном.

В качестве механизма  подач в чеканочных прессах обычно используется кривошипно-коленный механизм (рис. 1), который состоит из 1 станины 1,  верхнего звена колена 2, шатуна 3, кривошипа 4, нижнего звена колена 5 и ползуна 6, являющегося исполнительным органом механизма. Изменение величины хода исполнительного органа осуществляется изменением величины радиуса кривошипа.

Рис. 1. Кинематическая схема чеканочного пресса

 

Необходимо  построить не менее двух прототипов, произвести для них геометрический и кинематический анализ. По результатам  геометрического и кинематического  анализа необходимо рассчитать критерии качества, определить габариты исполнительного  механизма, выбрать наиболее подходящий из них. После этого следует выполнить  кинетостатический анализ механизма для определения реакций и движущего момента, подобрать двигатель. Для устранения внешней виброактивности служит раздел работы, называемый уравновешиванием, в котором осуществляется подбор противовесов и углов их установки. После этого приводится расчет динамики машины в установившемся режиме и режиме разбега, рассчитываются возможные мероприятия по улучшению показателей качества машины в связи с полученными данными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механизм 1

1. Структурный анализ механизма

Целью структурного анализа механизма  является определение количества звеньев  и кинематических пар, классификация  последних, определение подвижности  пар и степени подвижности  механизма, а также выделение  в нем структурных групп –  кинематических цепей, у которых  число входов совпадает с числом степеней подвижности.

1) Звенья механизма: 1 – кривошип, 2,4 – шатун, 3,5 – ползуны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1. Схема механизма

 

1. n = 1 (один вход О-А).
2. Граф механизма:

 

Рис.1.2. Граф механизма

 

3. Число подвижных звеньев  механизма  N = 5; количество кинематических пар совпадает с числом подвижностей пар P = S = 7.
4. K = P – N = 2, т.е. два независимых контура.
5. Число степеней подвижности по формуле Чебышева W = 3N – 2p_н – p_в = 3^.5 – 2^.7 = 1
6. W = n, то есть рассматривается нормальный механизм.
7. В плоскости движения нет избыточных связей и лишних подвижностей.
8. Разделение графа механизма на подграфы, соответствующие структурным группам.

Рис.1.3. Структурный граф механизма

 

9. Структурный граф механизма

 

 

Рис. 1.4. Структурный граф механизма

Механизм образован следующим  образом: к стойке присоединяется однозвенная  одноподвижная группа (звено 1) и  две двухзвенные группы Ассура – ВВП (звенья 2 и 3) и ВВП (звенья 4 и 5).

2. Геометрический  анализ

Размыкая  кинематическую цепь в шарнирах А и D, приведем замкнутую цепь к открытой цепи (ветви: ОА, АBD, ЕD).

Рис. 1.5. Разомкнутые связи на схеме механизма

Рис.1.6. Разомкнутые связи на структурном графе механизма

На структурной схеме и графе  механизма обозначим входную  координату q и четыре групповых координаты: φ₂, φ₄, XB, XE.  Их число совпадает с числом  разомкнутых связей: XA, YA, XD, YD

1. Уравнения геометрического анализа.

Здесь и далее все неизвестные, которые необходимо определить из данной системы или из данного уравнения  подчёркнуты.

Функции положения  для группы I (кривошип OA):

Групповые уравнение  для группы II (ВВП1):

Функции положения  точки D:

Групповые уравнение  для группы III (ВВП2):

 

Решение уравнений геометрического анализа  в аналитическом виде представлено в [1]. Численное решение представлено в приложении 1.

По  результатам вычислений, заданным значениям  хода поршня H=0,14 м и коэффициента изменения средней скорости Kv=1,3 были подобраны следующие постоянные геометрические параметры кинематической схемы механизма:

_{Кривошип}

Длина кривошипа OA:  L_OA = 0.068 м.

Группа ВВП1

Длина шатуна AВ: L_AВ = 0.237 м;

Расстояние от оси вращения кривошипа до линии движения ползуна В:

YB = -0.032 м;

Сборка: М₁ = 1.

Группа ВВП2

Длина DE:  L_DE = 0.189 м;

Расстояние от оси вращения кривошипа до линии движения ползуна Е:

YE = 0.095 м;

Координата x точки D в локальной системе координат x₂ay₂ :

X2D = -0.095 м;

Координата y точки D в локальной системе координат x₂ay₂ :

Y2D = 0.063 м;

Сборка: М₂ = -1.

 

 

2. План 12 положений механизма

Рис.1.7. 12 положений механизма

3. Кинематический  анализ механизма

1.   Определение аналогов скоростей и ускорений

Аналитическое определение аналогов скоростей  и ускорений представлено в [1]. Численные  значения аналогов скоростей и ускорений  представлены в приложении 1.

2. Механизм  в крайних положениях

 

Рис.1.8. Крайние положения механизма

 

 

 

3. Планы аналогов скоростей и ускорений  при q = 60̊

Рис.1.9. План аналогов скоростей при q = 60̊

 

Задаем  масштаб плана скоростей:          

Скорость  точки B определяется как:  

Скорость  точки Е определяется как:  

 

Согласно плану аналогов скоростей получаем следующие решения (все линейные размеры в метрах):

 

Рис.1.10. План аналогов ускорений при q = 60̊

Задаем масштаб плана ускорений:

Ускорение точки B определяется как:  

Ускорение точки Е определяется как:  

Согласно  плану аналогов ускорений получаем следующие решения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.11. Направления аналогов угловых скоростей и ускорений при q = 60̊

4. Планы аналогов скоростей и ускорений  для крайнего положения

Рис.1.12. План аналогов скоростей при q = 29,5^˚

 

Задаем масштаб плана скоростей:

Согласно  плану скоростей получаем следующие решения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.13. План аналогов ускорений при q = 29,5^˚

 

Согласно  плану аналогов ускорений получаем следующие решения:

 

 

 

Рис. 1.14. Направления аналогов угловых скоростей и ускорений

при q = 29,5^˚

 

 

 

 

 

 

 

4. Графики функции положения и её производных  по обобщенной координате

 

График функции положения точки Е

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.15. График функции положения точки Е

2. Графики аналогов скорости ( ) и ускорения ( ) точки Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.16. Графики аналогов скорости ( ) и ускорения ( ) точки Е

2. Механизм 2.

1. Структурный анализ механизма

Целью структурного анализа механизма  является определение количества звеньев  и кинематических пар, классификация  последних, определение подвижности  пар и степени подвижности  механизма, а также выделение  в нем структурных групп –  кинематических цепей, у которых  число входов совпадает с числом степеней подвижности.

1. Звенья механизма: 1 – кривошип; 2 – кулиса; 3 – камень кулисы;  4 – шатун; 5 – ползун.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1. Схема механизма

2. n = 1 (один вход О-А).

 

3. Граф механизма: