МГТУ «МАМИ»
Кафедра: «Теориямеханизмов и машин»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Механизм долбежногостанка с качающейся кулисой
Содержание
1. Исходные данные
2. Структурный анализмеханизма
3. Построение положениймеханизма
4. Построение плановскоростей
4.1 План скоростей длярабочего хода
4.2 План скоростей дляхолостого хода
4.3 План скоростей дляверхнего крайнего положения
4.4 План скоростей длянижнего крайнего положения
5. Построение плановускорений
5.1 План ускорений длярабочего хода
5.2 План ускорений дляхолостого хода
5.3 План ускорений дляверхнего крайнего положения
5.4 План ускорений длянижнего крайнего положения
6. Кинетостатическийрасчет механизма
6.1 Определение силинерции и сил тяжести звеньев
6.2 Определение реакций вкинематической паре 4-5
6.3 Определение реакций вкинематической паре 3-2
6.4 Определениеуравновешивающей силы на кривошипе 1
7. Определениеуравновешивающей силы с помощью рычага Жуковского
Список использованнойлитературы
1. Исходныеданные
Механизмдолбежного станка с качающейся кулисой.
/>
/>
2.Структурный анализ механизма
Определимчисло степеней свободы механизма по формуле Чебышева:
W= 3n – 2р1–р2,
где n – числоподвижных звеньев механизма,
р1 – числонизших кинематических пар,
р2 — числовысших кинематических пар.
Согласноструктурной схеме механизма число подвижных звеньев n = 5.
Составимтаблицу кинематических пар, соединяющих звенья:
Обозначения
кинематической пары A B С D Е П1 П2 Звенья, образующие кинематическую пару 0,1 1,2 3,0 4,5 3,4 2,3 5,0 Наименование пары вращательные
поступа-
тельные
Количествонизших кинематических пар: p1=7
Количествовысших кинематических пар: p2=0
W= 3 × 5 – 2 × 7 = 1
Механизмимеет одну степень свободы, и значит, в нем должно быть одно начальное звено.За начальное звено принимаем кривошип 1, движение которого задано, на которомтребуется определить уравновешивающую силу.
Тогдапоследовательность образования механизма по Ассуру будет следующей:
Начальноезвено 1, стойка 0.
Возможнымиповодками для присоединения групп Ассура к начальному звену и стойке являютсязвенья: 2, 3, 5. Из них звенья 2 и 3 образуют двухповодковую группу Ассура 3вида (ВПВ). В этой группе внешние кинематические пары, которыми звенья группыприсоединяются к начальному звену и стойке вращательные: (1 – 2) и (3 – 0),внутренняя кинематическая пара, которая соединяет между собой звенья 2 и 3 –поступательная (2 – 3). Присоединив 2ПГ Ассура 3 вида к начальному звену 1 истойке 0, получим промежуточный механизм: 0, 1, 2, 3.
По отношениюк промежуточному механизму поводками будут звенья 5 и 4 (образующиекинематические пары со звеньями промежуточного механизма). Звенья 4 и 5образуют двухповодковую группу Ассура 2 вида (ВВП). В ней внешниекинематические пары: вращательная (3 – 4) и поступательная (5 – 0), внутренняякинематическая пара – вращательная (4–5).
Такимобразом, механизм долбежного станка образован последовательным присоединением кначальному звену 1 и стойке 0 двух двухповодковых групп Ассура — сначала 2ПГ 3вида, а затем 2ПГ 2 вида.
3. Построениеположений механизма
Дляпостроения кинематической схемы исследуемого механизма в различных положенияхвыбираем масштабный коэффициент длины />, который определяется как:
μl = l1/ AB = 0,075 / 15 = 0,005 м/мм
Каждоеположение механизма обозначено соответствующим индексом:
I –соответствует верхнему крайнему положению ползуна 5,
II –соответствует нижнему крайнему положению ползуна 5,
III –соответствует рабочему ходу ползуна 5,
IV –соответствует холостому ходу ползуна 5.
Рабочему ходуползуна соответствует угол поворота кривошипа φр.х. Холостому ходу –φх.х.
При выборерасчётного рабочего положения используем диаграмму сил F=F(SD), построенную находе ползуна 5. В металлорежущих станках процесс резания происходит только начасти рабочего хода, соответствующей длине обрабатываемой детали lD. Поэтомувыбираем положение кривошипа на угле поворота φр.х, соответствующемрабочему ходу, когда ползун 5 (точка D) находится внутри отрезка lD.
При выбореположения механизма, соответствующего холостому ходу ползуна, берём любоеположение кривошипа на угле его поворота φх.х.
4. Построениепланов скоростей
4.1 Планскоростей для рабочего хода
VB1 = VB2 =ω1 · l1 = />· l1 = /> = 0,6 м/с
μv = VB1/ (pb1) = 0,6 / 60 = 0,01 />
VB3= VB2 + VB3B2
VB3= VC + VB3C
VB3= (pb3) · μv = 53,5 ·0,01 = 0,535 м/с
VB3B2= (b2b3) · μv = 27,2 ·0,01 = 0,272 м/с
(ec)= (b3c) · /> =53,5 · /> =39 мм
VЕ = (ec) · μv = 39 · 0,01= 0,39 м/с
VD= VE + VDE
VD= (pd) · μv = 38,2 ·0,01 = 0,382 м/с
VDE= (ed) · μv = 4,2 · 0,01= 0,042 м/с
ω2 = ω3 = VB3 / lBC= 0,535 / 0,38 = 1,4 c-1
ω4 = VDE/ lED = 0,042 / 0,17 = 0,25 c-1
/>
4.2 Планскоростей для холостого хода
VB3 = VB2 +VB3B2
VB3 = VC +VB3C
VB3 = (pb3) ·μv = 52,6 · 0,01 = 0,526 м/с
VB3B2 =(b2b3) · μv = 28,9 · 0,01 = 0,289 м/с
(ec) = (b3c)· /> = 52,6· /> = 58,6мм
VЕ = (ec) ·μv = 58,6 · 0,01 = 0,586 м/с
/>
VD = VE + VDE
VD = (pd) ·μv = 59 · 0,01 = 0,59 м/с
VDE = (ed) ·μv = 6,7 · 0,01 = 0,067 м/с
ω2 = ω3 = VB3 / lBC= 0,526 / 0,25 = 2,1 c-1
ω4 = VDE / lED= 0,067 / 0,17 = 0,39 c-1
4.3 Планскоростей для верхнего крайнего положения
VB3 = (pb3) ·μv = 0 · 0,01 = 0 м/с
VB3B2 = VB1 =0,6 м/с
VD = 0; VE =0
ω2 =ω3 = 0; ω4 = 0
4.4 Планскоростей для нижнего крайнего положения
VB3 = (pb3) ·μv = 0 · 0,01 = 0 м/с
VB3B2 = VB1 =0,6 м/с
VD = 0; VE =0
ω2 =ω3 = 0; ω4 = 0
5. Построениепланов ускорений
5.1 Планускорений для рабочего хода
аВАτ =0, т.к. ω1 = const.
аВ1 = аВ2 =аВАn = /> =ω12 · lBA = />· lBA = />· 0,075 = 4,62 м/с2
μа = /> = /> = 0,1 />
аВ3 = аВ2 +аВ3В2к + аВ3В2r
аВ3 = аС +аВ3Сn + аВ3Ct
/> = /> = 0,2
аВ3В2к = 2 ·ω3 · VB3B2 = 2 · 1,4 · 0,272 = 0,76 м/с2
КВ3В2 = />= /> · 0,2 = 7,6 мм
nB3C = /> = /> · 0,2 = 7,4 мм
аВ3 =(πb3) · μа = 15,3 · 0,1 = 1,53 м/с2
аВ3Ct = tB3C· μа = 13,4 · 0,1 = 1,34 м/с2
аВ3В2r =rB3B2 · μа = 33,8 · 0,1 = 3,38 м/с2
/>; (πе) = /> = /> = 11,1 мм
аЕ =(πе) · μа = 11,1 · 0,1 = 1,11 м/с2
аD = аE +аDEn + аDEt
nDE = /> · μ = /> · 0,2 = 0,1 мм
аDEn = nDE ·μа = 0,1 · 0,1 = 0,01 м/с2
аDEt = tDE ·μа = 4,4 · 0,1 = 0,44 м/с2
аD =(πd) · μа = 10,9 · 0,1 = 1,09 м/с2
ε1 = 0
ε2 =ε3 = /> =/> = 3,53c-2
ε4 = /> = /> = 2,6 c-2
ε5 = 0
/>
5.2 Планускорений для холостого хода
аВ3В2к = 2 ·ω3 · VB3B2 = 2 · 2,1 · 0,289 = 1,21 м/с2
КВ3В2 = />= /> · 0,2 = 12,1мм
nB3C = /> = /> · 0,2 = 11 мм
аВ3 =(πb3) · μа = 36,1 · 0,1 = 3,61 м/с2
аВ3Ct = tB3C· μа = 34,4 · 0,1 = 3,44 м/с2
аВ3В2r =rB3B2 · μа = 51,5 · 0,1 = 5,15 м/с2
/>; (πе) = /> = /> = 40,2 мм
аЕ =(πе) · μа = 40,2 · 0,1 = 4,02 м/с2
аD = аE +аDEn + аDEt
nDE = /> · μ = /> · 0,2 = 0,3 мм
аDEn = nDE ·μа = 0,3 · 0,1 = 0,03 м/с2
аDEt = tDE ·μа = 8 · 0,1 = 0,8 м/с2
аD =(πd) · μа = 38,1 · 0,1 = 3,81 м/с2
/>
ε1 = 0
ε2 =ε3 = /> =/> = 13,76c-2
ε4 = /> = /> = 4,7 c-2
ε5 = 0
5.3 Планускорений для верхнего крайнего положения
аВ3 = аВ3Ct =аВАn
аВ3 = 4,62м/с2
/>; (πе) = /> = /> = 41,7 мм
аЕ =(πе) · μа = 41,7 · 0,1 = 4,17 м/с2
/>
аDEt = tDE ·μа = 9,9 · 0,1 = 0,99 м/с2
аD =(πd) · μа = 38,9 · 0,1 = 3,89 м/с2
ε2 =ε3 = /> =/> = 14,9c-2
ε4 = /> = /> = 5,8 c-2
5.4 Планускорений для нижнего крайнего положения
аВ3 = аВ3Ct =аВАn
аВ3 = 4,62м/с2
/>; (πе) = /> = /> = 41,7 мм
аЕ =(πе) · μа = 41,7 · 0,1 = 4,17 м/с2
/>
аDEt = tDE ·μа = 9,9 · 0,1 = 0,99 м/с2
аD =(πd) · μа = 42,2 · 0,1 = 4,22 м/с2
ε2 =ε3 = /> =/> = 14,9c-2
ε4 = /> = /> = 5,8 c-2
6. Кинетостатическийрасчет механизма
6.1Определение сил инерции и сил тяжести звеньев
Силы тяжести />, /> приложены вцентрах масс S3, S5 звеньев и направлены вертикально вниз. Рассчитаем модулиэтих сил:
G3 = m3 · g =15 · 9.8 = 147 H
G5 = m5 · g =8 · 9.8 = 78,4 H
Приопределении сил инерции и моментов сил инерции воспользуемся построенным планомускорений для нахождения ускорений центров масс звеньев.
aS3= aC = 0
aS5= aD = 1,09 м/с2
Теперьрассчитаем модули сил инерции.
Звено 3совершает вращательное движение.
FИ3 = m3 ·aS3 = 0
MИ3 = JS3 ·ε3 = 0,45 · 3,53 = 1,6 H · м
Звено 5совершает поступательное движение.
FИ5 = m5 ·aS5 = 8 · 1,09 = 8,72 Н
Сила инерции /> приложена вцентре масс S5 звена 5 и направлена противоположно ускорению />. Момент сил инерции /> по направлениюпротивоположен угловому ускорению />.
6.2Определение реакций в кинематической паре 4-5№ Что определяется Каким уравнением Для какого звена 1.
/>/>
/> 4 2.
/>
/>=0 4, 5 3.
/>
/> 5 4.
/> (или />)
/>=0 4 (или 5)
/>
/>/>= 0
2. />
μF = F /f = 1250 / 125 = 10 Н / мм
F43n = F43 =f43n · μF = 119 · 10 = 1190 H
F50 = f50 ·μF = 15,2 · 10 = 152 H
3. />, откуда />=0.
4. />
F45 = -F54 =-F43n
F54 = 1190 H
/>
6.3Определение реакций в кинематической паре 3-2№ Что определяется Каким уравнением Для какого звена 1.
/>/>
/> 2,3 2.
/>
/>=0 3 3.
/>
/>=0 2 4.
/>
/> 2
1. />,
/> = /> = — 1704 Н
2. />/>.
/>
F32 = f32 ·μF = 84,7 · 10 = 847 H
F23= -F32; F23 = 847 H
F30n= f30n · μF = 60 · 10 =600 H
F30= f30 · μF = 180,5 · 10= 1805 H
3./>
F21= -F23 = 847 H
4./>, откуда />=0.
6.4Определение уравновешивающей силы на кривошипе 1№ Что определяется Каким уравнением Для какого звена 1. Fур
/> 1 2.
/>
/> 1
/>
1. />,
/> = /> = 756,7 Н
2. />
F10 = f10 ·μF = 38,5 · 10 = 385 H
7. Определениеуравновешивающей силы с помощью рычага Жуковского
Планскоростей для рассматриваемого рабочего положения механизма поворачиваем на 90° в сторону,противоположную вращению кривошипа.
Находим наплане скоростей точку s3, одноимённую точке S3 на механизме.
Все силы,действующие на звенья механизма, включая силы инерции и искомуюуравновешивающую силу, переносим параллельно самим себе в одноимённые точкиповёрнутого плана. Если на звено действует момент сил, то этот момент следуетпредварительно представить на звене механизма как пару сил, вычислив ихвеличины:
FM3 = /> = /> = 4,16 H
Составимуравнение моментов всех сил относительно полюса повёрнутого плана скоростей:
/>
/> = /> = 755,2 Н
Полученную спомощью рычага Жуковского уравновешивающую силу сравниваем с силой, полученнойв результате кинетостатического расчёта:
/>·100% = 0,2%
Списокиспользованной литературы
1. Артоболевский И.И. Теориямеханизмов и машин. М., 1975г.
2. Петрова Т.М., ДмитриеваЛ.Н. Методические указания по теории механизмов и машин «Кинематический исиловой расчет механизма», М., МАМИ, 1990г.