Горизонтально-ковочная машина

Горизонтально-ковочная машина

Содержание

1.Задание курсового проектирования

. Введение

. Расчётная часть

.1 Определение закона движения механизма под действием заданных сил

.2 Силовой расчёт механизма

.3 Проектирование цилиндрической зубчатой передачи

.4 Проектирование кулачкового механизма

Литература

1. Задание курсового проектирования

Чертёж механизма представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Горизонтально-ковочная машина

Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные

2. Введение

ковочная машина механизм штамповка

Машина представляет собой кривошипный пресс, предназначенный для горячей штамповки в разъемных матрицах, закрепленных в неподвижном блоке и боковом ползуне, который приводится в движение кулачками от рычагов. После введения прутка в штамп боковой ползун подходит к прутку и зажимает его. Затем главный ползун с установленными на нем пуансонами совершает рабочее движение.

По величине H=2r_o1A хода ползуна определяют r_o1A, а l_AB из отношения l= l_AB/r_o1A; n=1000-1500 об/мин; n_o1A=50-75 об/мин; P_1max=3000H; P_2max =1000H.

Исходные данные для проектирования приведены в таблице 1.

3. Расчетная часть

.1 Определение закона движения механизма под действием заданных сил

Определение длин звеньев

Определим длину кривошипа из соотношения:

H = 2·r_OAOA = H/2 = 200/2 = 100 мм = 0,1 м

Определяем длину шатуна:

λ = l_AB / r_OA

l_AB = λ· r_OA = 3× 0,1 = 0,3 мм.

Определяем положение центра масс 2-го звена

l_AS2 = 0,35·l_AB = 0,35·0,3 м = 0,105 м.

Определяем масштаб длин

μ₁ = ОА / r_OA ,

где: ОА - длина отрезка, изображающего длину кривошипа на чертеже;

r_OA - длина кривошипа, м.

μ₁ = 50 мм / 0,1 м = 500мм/м.

Определение длин отрезков на чертеже кинематической схемы

АВ = μ₁·l_AB = 500·0,3 ≈ 150 мм;

AS₂ = μ₁·l_AS2 = 500·0,105 ≈ 52,5 мм.

Строим кинематическую схему для 12 положений механизма (см. лист 1).

Диаграмму сил сопротивления строим на кинематической схеме в зависимости от положения ползуна в масштабе сил μ_р

μ_р = 50 мм / 3000 Н = 0,017 мм/Н

Определение скоростей:

Определим скорость точки А:

V_A = w₁·l_1,

где: w₁ - угловая скорость 1-го звена, с^-1;

l₁ = r_OA - длина 1-го звена, м.

w₁ = π·n_O2A / 30 ,

где: n_O2A - частота вращения 1-го звена, об/мин.

w₁ = 3,14·50/30 ≈ 5,2 с^-1.

V_A =5,2·50 ≈ 260 мм·с^-1=0,26 м·с^-1

Составляем векторное уравнение:

,

где: - вектор скорости точки В ;

- вектор скорости точки В относительно точки А.

В графической части (см. лист 1) строим планы скоростей для 12 положений механизма и определим V_B , V_S2 , V_BA , V_S2y.

V_S2y - проекция скорости точки S₂ на ось Y.

Масштаб плана скоростей:

µ_v = 30мм/V_A = 30мм/260 ≈ 0,11 мм/м·с^-1.

V_B = pb/µ_v; V_BA = ab/µ_v; V_S2 = ps₂/µ_v; V_S2y = ps_2y/µ_v;

Угловая скорость звена w₂ определится как:

w₂ = V_BA / l_АВ,

где: l_AB - длина шатуна.

Значения скоростей сведём в таблицу 2.

Таблица 2 - Значения скоростей

Определение приведенного момента внешних сил

В общем виде выражение для определения приведенного момента имеет вид:

,

где: P_i - силы, действующие на звенья механизма, Н;

М_i - моменты сил, Н·м;

V_i - скорость точки приложения i-й силы;

w_i - угловая скорость i-го звена.

М ^пр = ( ± G₂·V_S2y -P_пс·V_B )/w₁

где: G₂ и G₃ - силы тяжести второго и третьего звена, Н.

G_i = m_i ·g,

G₂ = m₂·g = 12 кг · 9,8м·с^-2 ≈ 117,6Н

G₃ = m₃·g = 15кг · 9,8м·с^-2 ≈147 Н

Значения М^пр сведены в таблицу 3.

Таблица 3 - Значения приведенного момента сил

Определение работы суммарного приведенного момента

Приведенный момент сил сопротивления  определен выше. Работа сил сопротивления А_С определяется методом графического интегрирования. График А_С = f (φ₁) строим, графически интегрируя график М^пр(φ₁).

Масштаб графика:

µ_Ас = ·µ_φ1 /ОК,

где ОК - длина отрезка, мм.

µ_Ас = 1,4·19,1/20 ≈ 1,34 мм/Дж.

Работа движущих сил определяется из условия, что суммарная работа за цикл А_∑=А_ДС-А_сс=0, при этом принимается, что А_Д изменяется по линейному закону:

А_Д=А_ск·φ₁/2π,

где А_ск - значение работы сил полезного сопротивления в конце цикла.

Соединяя начало графика А_С= f(φ₁) с его концом, получим график работы движущих сил А_Д= f(φ₁), построенный в том же масштабе:

µ_АД=µ_АС=1,34 мм/Дж.

Таблица 4 - Приведенные моменты инерции звеньев второй группы

φ, град    

кг∙м²

кг∙м²

кг∙м²

Определение приведенного момента инерции второй группы звеньев

В общем виде выражение для определения приведенного момента инерции имеет вид:

,

где  - момент инерции звеньев относительно оси, проходящей через центр масс i-го звена, кг*м²

= 0,35 кг∙м²

 =

Результаты расчета  сведены в таблицу 4.

Строим график  = ƒ(φ₁) в масштабе:

Определение кинетической энергии 2 группы звеньев.

Кинетическая энергия Т₂ определяется по формуле

Т₂ =I₂^пр·w_cp²/2

где w_cp - средняя угловая скорость начального звена , с^-1

w_cp = w₁ = 104,7 c^-1

Так как величина w²_cp /2 является постоянной, то характер измерения графика Т₂(φ) будет таким же, что и графика (φ); для расчета Т₂ необходимо соответствующие ординаты графика (φ) разделить на масштаб, который определяется по формуле:

μ_T2 = 2μ /w²_cp

μ_T2= 2∙943,4/5,2² = 69,78 мм/Дж

Результаты расчета Т₂ сведены в таблицу 5.

Определение изменения кинетической энергии звеньев первой группы и момента инерции маховика

∆Т₁ = А_∑ - Т₂.

Строим график ∆Т₁= f(φ) в масштабе:

= 50 / 17,9 ≈ 2,8 мм/Дж.

Результаты расчёта ∆Т₁ сведены в таблицу 5.

Таблица 5 - Значения работ и кинетических энергий

Момент инерции маховика определяется по формуле:

I_м = ∆Т_1наиб /(w_ср²·δ),

где ∆Т_1наиб - наибольшее изменение кинетической энергии, Дж;

δ - коэффициент неравномерного движения начального звена.

∆Т_1наиб = ab/= 70/5,78=12,11Дж.

I_м = 12,11/ ((5,2)²1/0,05)≈9,1 кг∙м²

Определение угловой скорости начального звена

Определяя закон движения, воспользуемся тем, что при малых значениях коэффициента неравномерности δ график, изображающий изменение кинетической энергии ∆Т₁, приближенно отражает изменение угловой скорости.

Масштаб графика угловой скорости определяется по формуле:

µ_w = µ_T1·I_м·w_ср;

µ_w = 2,8 · 9,1 · 5,2 ≈ 132,5 мм/с^-1.

Максимальная и минимальная угловые скорости

= w_ср ± (ab)/(2µ_w),

где ab - расстояние между высшей и низшей точками графика ∆Т₁= f(φ).

w_max= 5,2 + 70 / 132,5 *2≈ 5,46 с^-1;

w_min= 5,2 - 70 / 132,5 *2 ≈ 4,94 с^-1

Расстояние от линии w₁ = w_ср до оси w₁=0

Y= w_ср·µ_w = 5,2· 132,5 ≈ 689 мм.

3.2 Силовой расчет механизма

Построим кинематическую схему механизма для одного заданного положения в масштабе:

µ₁ = 500 мм/м.

µ_v = 19,23 мм/ м∙с^-1

Определение ускорений

Ускорение точки А:

;

= w₁² · l₁ = 5,2² · 0,3м = 8,11 м·с^-2.

Ускорение точки В:

;

= w₂² · l_АВ 0,72²·0,7 = 0,315 м·с^-2.

Построим план ускорений в масштабе:

µ_а = |πа| / а_А,

где πа - отрезок на плане ускорений, соответствующий ускорению точки А(а_А).

µ_а = 50/8,11м·с^-2 = 6,16 мм/м·с^-2.

Угловое ускорение второго звена:

ε₂₌4,5/0,105=42,85 c^-2

Определение сил, действующих на звенья механизма

Силы инерции:

F_инi = - m_i · a_i ,

где a_i - ускорение центра масс i-го звена, м·с^-2.

F_ин2 = - m₂ · a_S2 = - 12 · 4 = -48 Н;

F_ин3 = - m₃ · a_В = -15 · 3 = -45Н.

Знак «-» означает то, что сила инерции направлена в сторону, противоположную ускорению центра масс.

Момент инерции, действующий на 2-ое звено:

М_ин2 = - I_S2· ε₂ = - 0,0067 · 42,85 = - 0,28 Н·м.

Знак «-» означает то, что момент инерции направлен в сторону, противоположную угловому ускорению.

Определение реакций в кинематических парах (структурная группа звеньев 2-3)

Составляем уравнение:

,

Из этого уравнения находим :

-(10,6·0,0004 - 48 · 0,0004 - 0,28) / 0,105 = 2,8 Н.

Составляем следующее уравнение равновесия:

;

где R₀₃ - реакция в поступательной кинематической паре;

,  - касательная и нормальная составляющие реакции в шарнире А.

Неизвестные реакции R₀₃ и , а также R₁₂ найдём из плана сил, который построим в масштабе µ_р .

µ_р = 0,1 мм/Н;

R₀₃ = 1050 Н; =3050 Н; R₁₂ = 3050 Н.

Определяем реакцию во вращательной кинематической паре В (R₂₃).

Отделяем звено 3 и составляем для него векторное уравнение равновесия:

.

По данному уравнению строим план сил в масштабе µ_р = 0,1 мм/Н

R₂₃ = 3100 Н.

Силовой расчет ведущего звена

Определим реакцию в кинематической паре О (R₀₁). Для этого построим план сил по уравнению:

.

Масштаб плана сил:

µ_р = 0,1мм/Н ,

R₀₁ = 3800 Н .

M_ур=712 Н*м

Определение уравновешивающего момента методом Жуковского.

Повернем план скоростей на 90⁰ и перенесем все силы, действующие на механизм, в одноименные точки повернутого плана скоростей, не меняя величины и направления этих сил. Затем составляем уравнение моментов этих сил относительно полюса:

∑M_P(P_i)=0;

P_ур*pa-P_м1*h₃+G_2*h₁+F_ин2*h₂-P_c*pb+F_ин3*pb+P_м2*h₄=0,

Где h₁-h₄-плечи сил, мм; P_м1, P_м2-пара сил, заменяющая M_ин2, Н.

P_м1= P_м2= M_ин2/l₂=0,28/0,105=2,66 H.

Решив уравнение моментов, получим P_ур=2315 Н.

M_ур= P_ур*l1=2315_*0,3=694,5 H_*м.

Ошибка определения M_ур силовым и методом Жуковского составит

∆=((712-694,5)/712)*100%=2,45%

3.3 Проектирование цилиндрической зубчатой передачи

Исходные данные: Z₄=12; Z₅=42

Коэффициент суммы смещения Х_∑:

Х_∑=0,63+0,67=1,3

Угол зацепления α_w:

Inv α_w = Inv α+2X_∑tgα/(z₄+z₅);

Inv α_w=0,032333 α_w=25,58^o

Межосевое расстояние а_w:

а_w =(m*(z₄+z₅)/2)*cosα/cosα_w;

а_w=83,607мм.

Делительные диаметры:

d₄=m*z₄=3*12=36мм

d₅=m*z₅=3*42=126мм

Делительное межосевое расстояние:

a=(d₄+d₅)/2=81мм;

Коэффициент воспринимаемого смещения:

y=(a_w-a)/m=0,869

Коэффициент уравнительного смещения:

Δy=X_E-y=0,431

Радиусы начальных окружностей:

r_w=(m*z/2)*cosα/cosα_ww4= (3*12/2)*cos20/cos25,58 =18,57мм_w5=(3*42/2)*cos20/cos25,58 =65,0277мм

Проверка вычислений: а_w = 18,57+65,027=83,59

Радиусы вершин зубьев:

r_a=m(z/2+h_a^*+x-Δy)_a4=3(12/2+1+0,63-0,431)=21,597мм_a5=3(42/2+1+0,67-0,431)=66,717мм

Радиусы впадин:

r_f=m(z/2+x-h_a^*-c^*)_f4=3(12/2+0,63-1-0,25)=16,14мм_f5=3(42/2+0,67-1-0,25)=61,26мм

Высота зубьев

=r_a4-r_f4=r_a5-r_f5

h=21,597-16,14=66,717-61,26=5,457 мм

Толщина зубьев по дуге делительной окружности:

S = т(п/2 + 2-x-tga);₄ = 3 (3,14/2 + 2· 0,63 ·tg20^o) = 6,08214мм;₅ = 3 (3,14/2 + 2· 0,67 ·tg20^o) = 6,16926мм.

Радиусы основных окружностей:

r_b4 = r₄ *cosα = 16,74мм;

r_b5 = r₅ *cosα = 58,59мм.

Углы профиля в точках на окружности вершин:

α_а4 = arcos (r_b4 / r_a4 ) = 39,1859⁰ ;

α_а5 = arcos (r_b5 / r_a5 ) = 28,5859⁰ .

Толщина зубьев по дуге окружности вершин:

S_a4 = (m'cosa / cosα_a4)-[п/2 + 2Xl·tga - zl·(invα_a4 - invα)]=2,355мм

S_a5 = (m'cosa / cosα_a5)-[п/2 + 2X2·tga - Z2'(invα_a5 - invα)]=2,782мм

Коэффициенты торцевого перекрытия:

Е_α = (Z₄/2п)*(tg_αa4 - tg_αw) + (Z₅/2п)*( tgα_a5 - tgα_w)=1,0846

Масштаб длины μ_l для построения картины эвольвентного зацепления:

μ_l=500/0,083607=5980,3604 (мм/м)

Для определения коэффициентов скольжения воспользуемся формулами

₁ג =1+z₅/z₄-l/x*z₅/z₄

ג₂=1+z₄/z₅-l/(l-x)*z₄/z₅

где l - длина активной линии зацепления, мм;

х - расстояние до текучей точки, мм.

Таблица 6 - Значение коэффициентов скольжения

3.4 Ïðîåêòèðîâàíèå êóëà÷êîâîãî ìåõàíèçìà

Ñïðîåêòèðóåì ïðîôèëü êóëà÷êà ìåõàíèçìà ñ âðàùàþùèìñÿ êóëà÷êîì è ïîñòóïàòåëüíî äâèæóùèìñÿ òîëêàòåëåì. Ãðàôè÷åñêàÿ ÷àñòü ðàñ÷åòîâ ïðåäñòàâëåíà íà ëèñòå 4.

Ôàçîâûå óãëû:

φn = 90⁰ - ôàçà ïîäúåìà òîëêàòåëÿ;

φâ = 90⁰ - ôàçà âåðõíåãî âûñòîÿ;

φo = 90⁰ - ôàçà îïóñêàíèÿ òîëêàòåëÿ; = 0,09 ì - õîä òîëêàòåëÿ êóëà÷êà;

γ_min = 60⁰ - ìèíèìàëüíûé óãîë ïåðåäà÷è äâèæåíèÿ.

Ñòðîèì äèàãðàììó àíàëîãà óñêîðåíèÿ òîëêàòåëÿ d²s/ dφ² (φ).

Ãðàôè÷åñêèì èíòåãðèðîâàíèåì ñòðîèì äèàãðàììó àíàëîãà ñêîðîñòè òîëêàòåëÿ ds/ dφ (φ). Ãðàôè÷åñêèì èíòåãðèðîâàíèåì ñòðîèì äèàãðàììó ïåðåìåùåíèé òîëêàòåëÿ s(φ) Îïðåäåëÿåì ìàñøòàáû ãðàôèêîâ:

Ìàñøòàá ïåðåìåùåíèé:

μs=Ó/h

ãäå ó - ðàññòîÿíèå îò îñè rp äî âûñøåé òî÷êè äèàãðàììû s(rp), ìì; - õîä òîëêàòåëÿ, ì.

μs=118,5/0,09=1316,6ìì/ì.

Ìàñøòàá óãëà ïî îñè:

μ_φ= 260/4,71=55,2ìì/ðàä

Ìàñøòàá àíàëîãà ñêîðîñòè:

μ_ds/dφ=μ_s*îê₁/μ_φ= 1316,6*30/55,2=715,5 ìì/ì

Ìàñøòàá ñêîðîñòè:

μ_ν=μ_ds/dφ/ω=715,5/5,2 =137,6ìì/ì*ñ^-1

Ìàñøòàá àíàëîãà óñêîðåíèé:

μ_d²_s/dφ²=μ_ds/dφ*ÎÊ₂/μ_φ=715,5*30/55,2=389ìì/ì

Ìàñøòàá óñêîðåíèé:

μ_α= μ_d²_s/dφ²/ω₁²= 389/5,2²=14,4ìì/ì*ñ²

Îïðåäåëåíèå ìèíèìàëüíîãî ðàäèóñà êóëà÷êà:

Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ìèíèìàëüíîãî ðàäèóñà êóëà÷êà íåîáõîäèìî ïîñòðîèòü äèàãðàììó S(ds/dφ), ïðè÷åì ìàñøòàáû μs è μ_ds/dφ íà ýòîé äèàãðàììå äîëæíû áûòü îäèíàêîâû è ðàâíû ìàñøòàáó μs. Äëÿ ýòîãî ñòðîèì íàêëîííóþ ïðÿìóþ ïîä óãëîì θ, êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:

θ = μ_ds/dφ/ μs;

tg θ= 715,5/1316,6= 0,5434

θ= 28⁰.

Äîïóñêàåìûé óãîë äàâëåíèÿ:

α_äîï= 90 - γ_min

α_äîï= 90-60=30⁰

Èçìåðÿÿ ðàññòîÿíèå îò òî÷êè ïåðåñå÷åíèÿ êàñàòåëüíîé ñ îñüþ S (ò. Î) äî îñè ds/dφ ãðàôèêà S(ds/dφ), ïîëó÷èì âåëè÷èíó ìèíèìàëüíîãî ðàäèóñà â ìàñøòàáå μs' Èñòèííàÿ âåëè÷èíà r_miï:

_miï = 0,16 ì._ðîë = 0,015 ì.

Ëèòåðàòóðà

1 Ïîïîâ Ñ.À. Êóðñîâîå ïðîåêòèðîâàíèå ïî òåîðèè ìåõàíèçìîâ è ìàøèí. - Ì.: Âûñø. øê., 1986 (1998). - 295 ñ.

Áåëàí À.Ê. Êóðñîâîå ïðîåêòèðîâàíèå ïî òåîðèè ìåõàíèçìîâ è ìàøèí. - Ì.: ÌÃÒÓ, 2003, 52 ñ.

Ðàçìåùåíî íà Allbest.ru