Исследование механизма вытяжного пресса.

Курсовой проект

«Исследование механизма вытяжного пресса»

По дисциплине «Теория механизмов и машин»

ОГТИ 151001.44.09.10.ПЗ

 

 

Преподаватель:____________ Подоляк Н.Я.

Исполнитель:____________

Подсобляев А.В

Студент 3-го курса,

группы 07ТМ -31

 

 

Орск 2009

Аннотация

 

Пояснительная записка содержит 7 таблиц, 1 график и графическую часть.

В данном проекте изложены основные положения и приведены расчёты механизма трёхплунжерного насоса высокого давления, который включает в себя динамический синтез и динамический анализ механизма.

Произведён синтез планетарного и кулачкового механизма.

 

 

Содержание

 

Задание…………………………………………………………………………….2

Аннотация…………………………………………………………………………3

1. Исследование механизма трёх плунжерного насоса высокого давления

1.1Динамический синтез механизма 5

1.1.1 Построение отдельных положений механизма 5

1.1.2 Определение скоростей точек и звеньев 5

1.1.3 Определение приведенного момента инерции 6

1.1.4 Определение приведённого момента сил сопротивления 7

1.1.5 Определение работ сил движущих, сил сопротивления 9

1.1.6 Определение момента инерции маховика 10

1.2 Динамический анализ механизма

1.2.1 Определение истинного закона движения механизма 11

1.2.2 Определение ускорений точек и звеньев 12

1.2.3 Определение сил действующих на механизм 12

1.2.4 Определение сил и моментов инерции 14

1.2.5 Определение реакций в кинетических парах, в опорах 15

1.2.6 Определение уравновешивающего момента 18

 

2. Синтез планетарного привода

2.1 Расчёт планетарной передачи 20

2.2 Расчёт цилиндрической зубчатой передачи эвольвентного профиля 23

 

3 Синтез кулачкового механизма

3.1 Построение кинематических диаграмм

3.2 Определение минимального радиуса вращения кулачка 24

3.3 Построение профиля кулачка

 

Заключение 25

Список используемой литературы 26

 

 

Введение

 

В теории механизмов изучают свойства отдельных типовых механизмов, применяемых в самых различных машинах, приборах и устройствах. Рассматривается общая теория образования механизмов как совокупность связанных между собой тел, обладающих различными формами движения. Изучаются кинематические и динамические характеристики механизмов в зависимости от их геометрических параметров и действующих на механизм сил.

Движение механизмов зависит от их строения и сил, на них действующих. Поэтому удобно при изложении теории механизмов проблемы анализа механизма разбить на две части:

А) структурный и кинематический анализ;

Б) динамический анализ;

Структурный и кинематический анализы механизмов имеют своей целью изучение теории строения механизмов, исследования тел, их образующих, с геометрической точки зрения, независимо от сил, вызывающих движение этих тел.

Динамический анализ механизмов имеет своей целью изучение методов определения сил, действующих на тела, образующие механизм, во время движения этих тел, силами, на них действующими, и массами, которыми обладают эти тела.

Проблемы синтеза механизмов удобно излагать по видам механизмов, поэтому задачей синтеза является проектирование механизма предварительно выбранной структуры по заданным кинематическим и динамическим условиям.

В данном курсовом проекте мы должны выполнить три основные задачи:

1. Исследования плоского механизма.

1.1. Синтез плоского механизма

1.2. Динамический анализ плоского механизма

2. Проектирование кинематической схемы планетарного редуктора.

3. Синтез кулачкового механизма.

К синтезу плоского механизма относится определение положения звеньев, нахождение скоростей точек, и их ускорений, а так же нахождение угловой скорости и ускорения звеньев. Решение данной задачи в зависимости от начальных условий мы получили при помощи построения планов скоростей и ускорений. К динамическому анализу относится изучение влияния внешних сил, сил тяжести, сил инерции на звенья механизмов, на звенья механизмов, на элементы звеньев механизмов, на кинематические пары, на неподвижные опоры и т.д., а так же изучение режима движения механизма под действием заданных сил и установления способов обеспечивающих заданные режимы движения.

При проектировании кинематической схемы планетарного редуктора, основными нашими задачами являются геометрический расчет передачи, а так же определение передаточного отношения редуктора. Помимо этого мы должны выполнить построение профилей зубьев колес и кинематический анализ схемы редуктора. В кинематическом анализе схемы редуктора нам надо построить для каждого колеса треугольник скоростей.

При синтезе кулачкового механизма нам необходимо решить две основные задачи. Это определение минимального радиуса кулачка и проектирование профиля кулачка.

 

Исследование механизма вытяжного пресса.

1.1 Динамический синтез механизма

 

1.1.1 Построение отдельных положений механизма

 

Для более тщательного исследования механизма разбиваю движение ведущего звена на 12 положений:

 

 

Построение всех положений представлено в положении 1.

 

1.1.2 Определение скоростей и точек звеньев

 

₁=5,5рад/с l_ав=90мм V_в=5.5*0,09=0,495м/с

 

 

Для определения скоростей точек и звеньев составляю следующие уравнения скоростей:

V_CB=вс*М_v

V_S2=pc*М_v

V_S3=pc*М_v

V_F=pf*М_v

V_CD=pc*М_v

 

Представляю векторное уравнение в графическом виде. Для этого строю план скоростей в масштабе:

 

М_v= =0,01

Построенные планы скоростей представляю в приложении 1.

 

Согласно построенных планов получаю:

 

₂=

 

₃

Полученные значения скоростей свёл в таблицу. Согласно построенных планов получаю:

 

 

Линейные и угловые скорости точек звеньев механизма

 

 

Таблица 1.1

 

VCB	0,12	0,28	0,58	0,58	0,4	0,18	0,02	0,2	0,35	0,46	0,49	0,38
VCD	0,44	0,58	0,53	0,19	0,17	0,42	0,505	0,46	0,34	0,16	0,06	0,27
VF	1,02	1,2	0,93	0,31	0,27	0,7	0,99		0,78	0,36	0,14	0,61
VS2	0,47	0,53	0,43	0,25	0,32	0,45	0,5	0,47	0,39	0,29	0,26	0,36
VS3	0,44	0,58	0,53	0,19	0,17	0,42	0,505	0,46	0,34	0,16	0,06	0,27
2	0,3	0,7	1,45	1,45		0,45	0,05	0,5	0,875	1,15	1,225	0,95
3	1,57	2,07	1,89	0,68	0,607	1,5	1,8	1,64	1,21	0,57	0,21	0,96

 

1.1.3 Определение приведённого момента инерции механизма

 

Для каждого положения механизма приведённый момент инерции находим по формуле

 

(1.1)

 

 

 

 

где – номер положения;

– масса соответствующего звена;

– скорость центра тяжести звена;

– угловая скорость;

– момент инерции звена;

.

Полученные данные сводим в таблицу 1.2

 

Таблица 1.2

№	φ,˚	Jпр, кг·м2
	0,360	3,78 4,38 3,565 2,46 2,45 3,08 3,75 3,74 3,18 2,51 2,36 2,86

 

1.1.4 Определение приведённого момента сил сопротивления

 

Приведённый момент сил сопротивления

 

(1.2)

где - приведённый момент сил тяжести,

 

, (1.3)

 

здесь - сила тяжести звена;

- номер положения;

- скорость центра тяжести звена;

- угол между силой тяжести звена и центра тяжести звена.

 

В нашем случае имеем

 

М^G_пр=-();

 

 

- момент от нагрузки, значение Р_выт берём из графика 1

 

 

Мпр^нагр= , (1.4)

 

 

Рис 1.1

 

Полученные данные сводим в таблицу 1.3

 

 

Таблица 1.3

	88,47	104,62	-46,93	-16,04	11,2	31,68	48,31	-72,25	-66,19	-29,01	14,11	54,47
	88,4	104,62	-46,93	-16,04	11,2	31,68	48,31	63027,75	73678,8	-29,01	14,11	54,47

 

1.1.5 Определение работы сил движущих и сил сопротивления

А_с= ,кДж (1.5)

нашем случае имеем

 

;

 

где – номер положения;

 

∆φ – приращение угла;

 

- приведённый момент сил сопротивления;

 

- работа сил сопротивления;

 

радиан

 

Полагаем, что момент сил движущих, есть величина постоянная (const)

 

(1.6)

(1.7)

 

 

где - приведённый момент сил движущих;

- работа сил движущих;

- изменение угла поворота.

 

Изменение кинетической энергии определяется по формуле

 

, кДж (1.8)

 

Значения работы сил сопротивления, работы сил движущих, изменения кинетической энергии для всех положений механизма сводим в таблицу 1.4

 

Таблица 1.4

 

Положение J
		5928,8	11893,1		23869,7	29837,9	35796,4	25262,5	-4547,9	-17850	-11866,7	-5,905	36,7
		5979,4	11958,8	17938,2	23917,6		35876,4	41855,8	47835,2	53814,6		65773,4	71752,8
		50,55	65,7	49,2	47,9	59,1		16593,3	52383,1	71664,6	71660,7	71678,7	71716,1

 

1.1.6 Определение момента инерции маховика

 

Момент инерции маховика

(1.9)

где - максимальный момент инерции

(1.10)

 

здесь δ – неравномерность хода;

 

 

∆ - изменение приведённого момента инерции;

 

 

(1.11)

 

 

 

изменение кинетической энергии;

 

(1.12)

 

 

 

 

 

1.2 Динамический анализ механизма

 

1.2.1 Определение истинного закона движения механизма.

Для определения истинного закона движения рассмотрим дифференциальное уравнение движения, которое имеет следующий вид:

 

(1.13)

где - приведённый момент сил сопротивления;

- момент сил движущих;

- момент инерции;

- изменение момента инерции от угла поворота;

 

(1.14)

 

 

Полученные значения производной сведём в таблицу 1.5

 

 

Значения производной приведённого момента инерции

Таблица 1.5

Положение j
	1,15	-1,56	-2,11	-0,02	1,2	1,28	-0,02	-1,07	-1,28	-0,29	0,95	3,86

 

 

Решается дифференциальное уравнение методом последовательных приближений с помощью начальных условий. В основу решения положена формула равноускоренного движения. Полагаем, что в пределах достаточно малого угла поворота ∆φ=1-5˚ машина движется равноускоренно. Тогда, используя начальные условия, получим t=0, ω=0, φ=0.

 

Зная φ₁, определяются

Зная определяется

 

Из дифференциального уравнения выражаем

 

Зная можно найти ω в следующем положении

 

 

Расчёт вести до установившегося движения, т.е. когда закон движения из цикла в цикл повторяется. Данные для установившегося движения представлены в таблице 1.6

 

1.2.2 Построение планов ускорений

 

В результате определения истинного закона движения видим, что угловая скорость при установившемся движении изменяется в зависимости от времени.

Скорректируем вычисленные ранее угловые скорости относительно :

,где

 

- скорректированная угловая скорость после определения истинного закона движения.

;

;

;где

 

Ккор = 1,069– поправочный коэффициент

 

 

Для построения планов ускорений воспользуемся значениями

 

Составим векторные уравнения скоростей

 

,где (1.15)

 

;

 

=0,65*0,09=0,06 ;

 

 

 

 

 

(1.16)

 

 

 

 

 

 

=1,03+0,22=1,25

 

 

 

 

 

1.2.3 Определение сил инерции

 

Рассмотрим положение при .Механизм воспринимает силы, действующие

Со стороны шарнирных опор, сил инерции и двигателя.

 

,где (1.17)

 

-масса рассматриваемого звена;

-ускорение центра тяжести i-го звена.

 

Знак <-> указывает на то, что сила инерции направлена в противоположную сторону от направления ускорения.

 

 

В данном механизме рассматриваем звенья 2,3,5:

 

 

 

Для определения моментов инерции пользуемся формулой:

 

,где (1.18)

 

-момент инерции i-го звена;

-угловое ускорение i-го звена.

 

Находим момент инерции для звеньев 2,3:

 

 

 

Сила тяжести определяется по формуле:

 

1. 2.4 Определение реакции в кинематических парах

 

Определяем реакции в кинематических парах кинетостатическим методом. Для этого необходимо ко всем действующим на механизм силам прибавить силу инерции и силу тяжести, а так же момент инерции, то под действием всех этих сил звено можно рассматривать условно, находящемся в равновесии.

Силовой расчет проводим для одного положения механизма при .

 

Необходимо разбить механизм на группы Ассура.

 

Рассматриваем группу Ассура 2 класса, 2 – го порядка, состоящую из 3 и 4звена.

 

Записываем уравнение равновесия сил:

 

 

 

 

Рассмотрим равновесие звена 4

 

Р₃₄=13,9*М_а

Р₃₄=13,9*2,5=34,8Н

Р₀₅=4,91*М_а

Р₀₅=4,91*2,5=12,3Н

 

Подставим в уравнение и построим данное уравнение в виде силового многоугольника на плоскости.

Уравнение примет вид:

 

;

 

;

 

Затем строим силовой многоугольник, откуда узнаем все неизвестные силы:

 

Рассмотрим группу Асура 2 класса 2 порядка, состоящую из 3 и 2 звена.

 

Записываем уравнение равновесия сил:

 

 

 

 

Рассмотрим равновесие звена 3

 

 

 

Подставим в уравнение и построим данное уравнение в виде силового многоугольника на плоскости.

 

Уравнение примет вид:

 

 

Рассмотрим группу Асура 2 класса 2 порядка, состоящую из 2 и 1 звена

 

Записываем уравнение равновесия сил:

 

 

 

 

 

Подставим в уравнение и построим данное уравнение в виде силового многоугольника на плоскости.

 

Уравнение примет вид:

 

 

Затем строим силовой многоугольник, откуда узнаем все неизвестные силы:

 

 

1.2.5 Определение уравновешивающего момента

 

Для определения составляем уравнение равновесия сил

 

 

Находим уравновешивающую силу

 

Составляем уравнение равновесия;

 

 

Затем строим силовой многоугольник, откуда узнаем реакцию в опоре ;

 

 

Синтез планетарного привода механизма