5 семестр / 10 вариант / рпз
.pdf
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации |
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение |
|
высшего образования |
|
«Московский государственный технический университет |
|
имени Н.Э. Баумана |
|
(национальный исследовательский университет)» |
|
(МГТУ им. Н.Э. Баумана) |
|
|
|
|
ФАКУЛЬТЕТ |
РОБОТОТЕХНИКА И КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ |
КАФЕДРА |
ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН |
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
НА ТЕМУ:
«Проектирование и исследование механизмов машинного агрегата,
предназначенного для калибровки труб на конической оправке в калибрах переменного сечения»
Студент |
_________________ |
|
(Группа) |
(Подпись, дата) |
(И.О.Фамилия) |
Руководитель курсовой работы |
_________________ |
|
|
(Подпись, дата) |
(И.О.Фамилия) |
Консультант |
_________________ |
|
|
(Подпись, дата) |
(И.О.Фамилия) |
г.
Содержание.
Содержание......................................................................................................................... |
2 |
1.Техническое задание....................................................................................................... |
4 |
1.1.Исходные данные............................................................................................... |
7 |
2. Определение и исследование закона движения механизма………….................... |
8 |
2.1.Определение линейных размеров кривошипно-ползунного |
|
механизма................................................................................................................... |
8 |
2.2. Определение передаточных функций и отношений..................................... |
9 |
2.3. Определение приведенных моментов инерции второй |
|
группы звеньев.................................................................................................. |
10 |
2.4. Определение приведенного момента от сил сопротивления, движущих сил |
|
и суммарного приведённого момента…………………………….......................11 |
|
2.5. Построение графика суммарной работы........................................................ |
12 |
2.6. Определение полной кинетической энергии всего механизма.................... |
12 |
2.7. Определение кинетической энергии звеньев второй группы...................... |
12 |
2.8. Определение кинетической энергии звеньев первой группы....................... |
13 |
2.9. Определение необходимого момента инерции маховых масс..................... |
13 |
2.10. Определение момента инерции дополнительной маховой массы (маховика)……………………………………………………….………....14
2.11. Построение графика угловой скорости........................................................ |
15 |
3.Силовой расчет основного механизма......................................................................... |
16 |
3.1. Построение плана скоростей........................................................................... |
17 |
3.2. Построение плана ускорений.......................................................................... |
17 |
3.3. Определение главных векторов сил инерции и главных |
|
моментов сил инерции............................................................................... |
18 |
3.4. Силовой расчет.……......….......................................... |
……………….…...18 |
3.5. Сравнение полученных результатов......................................................... |
20 |
4. Расчёт зубчатой передачи и планетарного редуктора............................................... |
20 |
4.1. Расчёт цилиндрической зубчатой передачи.................................................. |
20 |
2 |
|
4.1.1. Станочное зацепление............................................................................... |
23 |
4.1.2. Зубчатая передача...................................................................................... |
25 |
4.2. Проектирование планетарного зубчатого механизма................................... |
26 |
4.3. Проверка графическим способом правильности |
|
передаточного отношения планетарного редуктора................................... |
28 |
5. Проектирование кулачкового механизма.………………….……………..................29 |
|
5.1. Определение закона движения кулачкового механизма.…......................... |
29 |
5.2. Определение основных размеров кулачкового механизма…...................... |
29 |
5.3. Построение профиля кулачка...............................................……….. |
…........30 |
5.4. Построение графика изменения угла давления……………………….……30 |
|
Заключение........................................................................................................................ |
31 |
Литература......................................................................................................................... |
32 |
3
1.Техническое задание
Механизм машинного агрегата, изображённый на рис. 1, предназначается для калибровки труб на конической оправке в калибрах переменного сечения.
Обжатие трубы производится не непрерывно по всей ее длине, а на отдельных ее участках. Этот режим осуществляется основным механизмом стана – механизмом рабочей клети.
Рис. 1. Общий вид механизмов машинного агрегата.
Механизм рабочей клети представляет собой сдвоенный кривошипно-
ползунный механизм(ОАВ, ОА В ). Роль кривошипов 1,1 (ОА и ОА ) выполняют зубчатые колеса z5 и z5 , на которых размещены пальцы кривошипов А и А .
Рабочая клеть 3, соединенная с зубчатыми колесами z5 и z5 двумя шатунами 2,
2 , перемещается возвратно-поступательно на катках 8 по специальным рельсам
9, установленным в станине. Валы рабочей клетки 6, 6 связаны между собой двумя парами одинаковых зубчатых колёс z6, z7 и z6 , z7 . На концах нижнего валка имеются еще два одинаковых зубчатых колеса z8 и z8 , находящихся в
зацеплении с неподвижными рейками 7, 7 .
4
Передача движения от электродвигателя 4 к механизму рабочей клети осуществляется непрерывно через муфту-маховик 5, планетарный редуктор 20,
зубчатые передачи (z4, z5), (z4 , z5 ).Таким образом, периодичность режима работы достигается возвратно-поступательным движением рабочей клети вдоль трубы при неподвижном заднем ее конце, закрепленном в патроне 11. При этом валки имеют дополнительно принудительное, строго согласованное с положением рабочей клети, возвратно-вращательное движение от неподвижных реек. Валки снабжены калибровочнымисекторами переменного профиля. При вращении валков их секторы образуют калибр переменного сечения, диаметр которого плавно уменьшается от начального до требуемого размера трубы. В
процессе прокатки секторы валков охватывают трубу своей калибровочной поверхностью и, перекатываясь по ней, обжимают и раскатывают ее подобно скалке.
При движении клети вперед совершается обжатие, а при обратном движении выглаживаниетрубы. Вблизи крайних положений рабочей клети калибры валков не соприкасаются с прокатываемой трубой. Это время используется для подачи трубы на прокатку следующего участкаи для поворота трубы и оправки. Поворот трубы необходим для равномерного ее обжатия и совершается за каждый ход клети примерно на 60°. Поворот оправки обеспечивает более равномерный ее износ. Последовательность операции подачи, прокатки и поворота трубы показанана циклограмме (рис. 2).
Рис.2 Циклограмма работы механизмов машинного агрегата.
Механизмы подачи и поворота трубы и оправки приводятся в движение
посредством кулачкового механизма. Кулачок 13 этого механизма получает
5
непрерывное вращение от электродвигателя 4 через планетарный редуктор 20, зубчатую передачу z9, z10 и коническую передачу 12 с i=1. Вращательное движение кулачка преобразуется через упорные ролики 14 в прерывистое возвратно-поступательное движение каретки толкателя 15.
Механизм поворота трубы и оправки состоит из рычажной системы звеньев
DEFK, зубчатой передачи и обгонной муфты 17, с помощью которых приводится в одностороннее вращательное движение вал 16, а следовательно, и патроны 10, 11 вместе с трубой. Передний и задний патроны связаны между собой четырьмя одинаковыми зубчатыми коническими передачамис i=1.
Механизм подачи трубы состоит из винта 18, связанного с передним патроном
10, и, гайки,получающей одностороннее вращательное движение от кулачкового механизма через рычажную систему DEMNPRS, зубчатые передачи и обгонную муфту 19.
Рисунок 3. Диаграмма усилий Pc , действующих на клеть по линии прокатки.
Рисунок 4. Закон изменения ускорения каретки толкателя и кулачкового механизма.
6
1.1.Исходные данные
№ |
|
Наименование параметра |
Обозначение |
Размерность |
Числовые |
||||||||||||||||
|
значения |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
|
|
Средняя скорость движения рабочей клети |
|
Vcp |
|
м/c |
0,98 |
|||||||||||||
2 |
|
Число двойных ходов клети в минуту (равное |
|
|
|
KX |
|
— |
45 |
||||||||||||
|
|
числу оборотов кривошипа) |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
Отношение длины шатуна к длине кривошипа |
|
|
|
|
|
— |
8 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Отношение расстояния от точки А до центра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4 |
|
|
|
|
2 |
|
— |
0,5 |
|||||||||||||
|
|
тяжести шатуна к длине шатуна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
||||
5 |
|
|
Координата центра тяжести рабочей клети |
|
|
|
|
|
|
м |
0,5 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|||||
6 |
|
|
Внеосность кривошипно-ползунного |
|
|
|
e |
|
м |
0,3 |
|||||||||||
|
|
механизма |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
7 |
|
|
Вес кривошипного вала и шестерен z5 и z5’ |
|
|
G1 |
|
кгс |
100 |
||||||||||||
8 |
|
|
Весшатуна |
G2,G2’ |
|
кгс |
150 |
||||||||||||||
9 |
|
|
Вес рабочей клети |
|
|
G3 |
|
кгс |
1500 |
||||||||||||
|
|
|
|
Силы сопротивления, действующие на клеть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
10 |
|
полинии прокатки |
FC ПР.Х |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
при обжиме трубы (прямой ход) |
|
кгс |
2500 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
при выглаживании трубы (обратный ход) |
FC ОБР.Х |
|
кгс |
1870 |
|||||||||||||
12 |
|
Момент инерции шатуна относительно оси, |
|
, ′ |
кгмсек2 |
3,5 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
проходящей через его центр тяжести |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Момент инерции кривошипного вала и |
|
|
|
|
|
|
|
|
кгмсек2 |
|
|
|
|||||
13 |
|
зубчатых |
|
|
|
|
|
|
|
0,50 |
|||||||||||
|
|
|
|
колес z5 и z5’ относительно оси вала |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Момент инерции планетарного редуктора и |
|
редпр |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
14 |
зубчатых колес z9, z4, z4 , приведенный к валу |
|
кгмсек2 |
0,030 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
двигателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
15 |
|
Маховой момент ротора электродвигателя |
2 |
|
кгм2 |
2,7 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д |
|
|
|
|
|
|
||
16 |
|
Частота вращения вала электродвигателя |
|
|
|
n |
об/мин |
800 |
|||||||||||||
17 |
|
Коэффициент неравномерности вращения |
|
|
|
δ |
|
— |
1/10 |
||||||||||||
|
кривошипного вала |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Угловая координата кривошипа для силового |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
18 |
|
|
|
|
φ1 |
|
|
|
|
град |
|
|
30 |
|
||||||
|
|
|
|
расчета |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
19 |
|
Числа зубьев колес |
z4, z9 |
|
— |
10 |
|||||||||||||||
|
z5, z10 |
|
— |
20 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
20 |
|
Угол рабочего профиля кулачка |
|
δраб |
|
град |
50 |
||||||||||||||
21 |
|
Ход каретки толкателя |
|
|
|
hD |
|
м |
0,040 |
||||||||||||
22 |
|
Максимально допустимый угол давления в |
доп |
|
град |
30 |
|||||||||||||||
|
кулачковом механизме |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
23 |
|
Модуль зубчатых колес z4, z5 |
|
|
|
m |
|
мм |
12 |
||||||||||||
24 |
|
Угол наклона линии зуба колес z4, z5 |
|
|
|
β |
|
град |
0 |
|
|||||||||||
25 |
|
Число сателлитов в планетарном редукторе |
|
|
|
К |
|
— |
3 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
Параметры исходного контура реечного |
|
|
|
α |
|
град |
20 |
||||||||||
26 |
|
|
|
|
|
— |
0,8 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
инструмента |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
0,3 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7
2. Определение и исследование закона движения механизма
2.1.Определение линейных размеров кривошипно-ползунного
механизма
Исходные данные:
Средняя скорость ползуна: Vcp = 0,98 м/c;
Число двойных ходов клети в минуту (равное числу оборотов кривошипа): n=45об/мин;
Отношение длины шатуна 2 к длине кривошипа 1: λ1 = l2/l1 = lBC/lAB = 8; Относительная длина шатуна: λ2 = lBS2/lBC = 0,5;
Решение:
Заменяем реальный механизм одномассовой динамической моделью. В качестве начального звена выберем кривошип. К звену модели приложен суммарный приведенный момент МΣпр.
Разбиваем угол поворота начального звена на 12 равных интервалов по 30○.
n1=45об/мин=45/60 =0,75 c-1 - частота вращения кривошипа tц=1/ n1 -время полного цикла работы механизма
hB= |
Vср Ц |
= |
Vср |
= |
0.98 |
= 0,65 м |
|
2 1 |
2 0,75 |
||||
2 |
|
|
|
Так как внеосностью механизма пренебрегаем по условию, то hB=2l1 => l1= hB/2=0,65/2=0,327 м
Из условия l2=8l1 => l2=8*0,327=2,616 м
Положение центра масс шатуна: lBS2=0,5* lBC=2,616*0,5=1,308 м
Чертим на листе схему механизма с масштабом µL = 200 мм/м. С учётом масштаба:l1=65,4 м
l2=523,2 м
lBS2=261,6 м
8
2.2. Определение передаточных функций и отношений
Аналоги скоростей определим графическим методом из плана возможных скоростей, построенного без масштаба, для произвольной угловой скорости начального звена.
Задаём произвольный отрезок PVa и находим модуль аналога скорости точки В по формуле:
|
= |
|
А |
= |
А |
= l |
Pva |
, где |
|
− угловая скорость начального звена, P |
, P - |
|
|
/l |
|
|
|||||||||
В |
|
|
1 P |
vb |
|
va |
vb |
|||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
отрезки, изображающие скорости А и В (см. приведённый в качестве примера рис.4)
Проведя из PV к середине (т.к. lBS2/lBC = 0,5) отрезка ab вектор PVS2 находим значение
Pvs22 = l1 Pv
Для построения графика аналога скоростей выбираем:
мм
= 155 м
мм
= 155 −
мм
= 24 рад
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
21 = |
|
2 |
= |
А |
|
1 |
– передаточное отношение |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
1 |
А |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
φ, |
0○ |
|
30○ |
|
|
60○ |
90○ |
120○ |
150○ |
180○ |
210○ |
240○ |
270○ |
300○ |
330○ |
360○ |
|||
град |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
0,038 |
0,178 |
|
0,284 |
0,327 |
0,282 |
0,149 |
0,038 |
0,214 |
0,32 |
0,327 |
0,246 |
0,112 |
0,038 |
|||||
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,164 |
0,222 |
|
0,295 |
0,327 |
0,294 |
0,211 |
0,164 |
0,236 |
0,312 |
0,327 |
0,277 |
0,198 |
0,164 |
|||||
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,126 |
0,108 |
|
0,063 |
0 |
-0,063 |
-0,108 |
-0,126 |
-0,109 |
-0,064 |
0 |
0,064 |
0,11 |
0,126 |
|||||
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
2.3. Определение приведенных моментов инерции второй
группы звеньев
Определим приведенные моменты инерции второй группы звеньев, в которую входят шатун и ползун.
Запишем условие равенства кинетических энергий (Тпр = Т) для звеньев в зависимости от характера их движения.
Для звена движущегося поступательно: пр |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
= |
|
( |
|
) |
= 2 |
|||
|
|
|||||||
|
|
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Для звена вращающегося вокруг неподвижной оси k:
пр |
|
|
|
|
|
2 |
|
= |
( |
|
) |
= 2 |
|||
|
|
||||||
|
|
|
1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
Приведенный момент инерции второго звена, совершающего плоскопараллельное движение:
2пр = 2прпост + 2првр = 2 ∙ 22 + 2 ∙ 22
Приведенный момент инерции третьего звена, совершающего поступательное движение:
пр = 3 ∙ 2
3
Приведенный момент инерции для второй группы звеньев:
|
пр = пр |
+ пр |
+ пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
2 пост |
|
2 вр |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ, |
0○ |
30○ |
|
60○ |
|
90○ |
120○ |
150○ |
180○ |
210○ |
240○ |
270○ |
300○ |
330○ |
360○ |
град |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2прпост |
4,06 |
7,37 |
|
13,05 |
|
16,01 |
12,96 |
6,65 |
4,06 |
8,35 |
14,64 |
16,01 |
11,47 |
5,85 |
4,06 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2првр |
0,55 |
0,41 |
|
0,14 |
|
0 |
0,14 |
0,41 |
0,55 |
0,42 |
0,14 |
0 |
0,14 |
0,42 |
0,55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пр |
2,14 |
47,61 |
|
120,96 |
|
160,07 |
119,14 |
33,09 |
2,14 |
68,89 |
153,86 |
160,07 |
90,43 |
18,94 |
2,14 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пр |
6,75 |
55,39 |
|
134,15 |
|
176,07 |
132,24 |
40,15 |
6,75 |
77,66 |
168,65 |
176,07 |
102,04 |
25,22 |
6,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для построения графика приведённых моментов инерции выбираем:
Для пр |
|
, |
пр, пр: |
|
|
|
Для 3пр: |
|
2 пост |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0,55 |
|
мм |
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
кг м2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
= 24 |
мм |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
рад |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
мм
= 63 кг м2
мм
= 17 рад