Анализ механизма поперечно-строгательного станка

Министерство транспорта РФ

Федеральное агентство железнодорожного транспорта РФ

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра "Технология машиностроения"

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине "Теория механизмов и машин"

Анализ механизма поперечно-строгательного станка

Екатеринбург

Задание

Тема: Анализ механизма поперечно-строгательного станка.

Рисунок 1 - Схема механизма поперечно-строгательного станка

Таблица 1 - Расчетные данные

Реферат

В данной курсовой работе всего: страниц 17, рисунков 3, таблиц 4, использованных источников 3.

Кривошип, шатун, ползун, стойка, кинематическая пара, подвижность, звено, скорость, ускорение.

В курсовой работе произведено кинематическое исследование механизма.

В рабочем чертеже разработаны план положений, планы скоростей и планы ускорений всех звеньев механизма при разных положениях кривошипа. Начерчены графики, в которых определены зависимости перемещений, скоростей и ускорений выходного звена от разных положений кривошипа.

Содержание

Введение

. Структурное исследование

1.1            Определение количества и вида звеньев и кинематических пар

.2              Определение подвижности механизма

.3              Структурная классификация механизма по Ассуру

2. Кинематическое исследование

2.1            Построение плана положений

.2              Определение скоростей точек и звеньев механизма

.3              Определение ускорений точек и звеньев механизма

Заключение

Список использованных источников

механизм станок кривошип кинематический

Введение

- ползун; 2 - стойка; 3 - шатун; 4 - кулиса; 5 - кривошип; 6 - шатун;

Рисунок 2 - Расчетная схема механизма поперечно-строгательного станка

Строгательные станки предназначены для обработки резцами плоскостей и фасонных линейчатых поверхностей. Поперечно-строгательные станки применяются при изготовлении мелких и средних по размерам деталей. Станки имеют рабочий ход, во время которого происходит резание, и обратный ход, когда инструмент возвращается в обратное положение.[1]

1. Структурное исследование

1.1   Определение количества и вида звеньев и кинематических пар

Исследуемый механизм содержит 6 звеньев, из них 1 звено - ползун, 2 звено - стойка, 3 звено - шатун, 4 звено - кулиса, 5 звено - кривошип, 6 звено - шатун.

Исследуемый механизм содержит семь кинематических пар, из них с первой по шестую вращательные кинематические пары с одной степенью свободы, седьмая поступательная кинематическая пара с одной степенью свободы.

1.2   Определение подвижности механизма

Подвижность механизма - количество независимых обобщенных координат однозначно определяющих положение точек и звеньев механизма на плоскости или в пространстве. Существуют общие закономерности в структуре механизмов связывающие подвижность механизма с числом и видом звеньев и кинематических пар. Эти закономерности называют структурными формулами механизма. Для плоских механизмов используется формула Чебышева:

где W - подвижность механизма;

 - количество подвижных звеньев в механизме;

 - количество одноподвижных кинематических пар;

 - количество двуподвижных кинематических пар.

Подвижность данного механизма равна 1.

1.3   Структурная классификация механизма по Ассуру

Для решения задач анализа и синтеза сложных механизмов профессором Ассуром была предложена структурная классификация. Согласно этой классификации механизмы не имеющие избыточных связей и местных подвижностей состоят из первичных механизмов и структурных групп Ассура.[2]

Исследуемый механизм состоит из первичного механизма и двух групп Ассура (рисунок 3).

2. Кинематическое исследование

Для кинематического исследования механизма воспользуемся методом планов. План положений - это графическое изображение механизма в масштабе в каком-то положении.

2.1 Построение плана положений

Возьмем центр в точке О. Проведем окружность радиусом ОА. Эта окружность является траекторией движения точки A. Точка В отстает по вертикали от точки О на l_ОВ. Точка C будет двигаться по окружности радиусом BC, проводим дугу с центром в точке B.

Точка D движется прямолинейно, проводим траекторию движения точки D, на расстоянии от О равное h.

Окружность радиусом OA разбиваем на двенадцать участков через 30°. Получаем двенадцать точек: A₁, A₂, A₃, …, A₁₂.

Определим местонахождение точек механизма в первом положении кривошипа 5:

-  соединяем точку O с точкой A₁, получили положение звена пять и звена 6, центр масс которого находится в точке A₁;

-       звенья механизма жесткие и нерастяжимые. Берем линейку и проводим линию из точки B через точку A₁ до пересечения с дугой BC. Точку пересечения обозначим C. Получаем положение звена четыре;

-       берем раствор циркуля равный длине звена три. Одну ножку циркуля ставим в точку C и проводим дугу до пересечения с траекторией точки D. Точку пересечения обозначим D. Соединяем точку C с точкой D. Получаем положение звена три, а так же выходного звена механизма.

Аналогично построим положение звеньев механизма при повороте кривошипа на угол 30°, 60°, …,330°.

Для того чтобы построить график зависимости выходного звена от угла поворота кривошипа составим таблицу.

Таблица 2 - Зависимость перемещения выходного звена от положения кривошипа

2.2 Определение скоростей точек и звеньев механизма

Определим скорости точек механизма при нахождении кривошипа в каждом из двенадцати положений.

Опишем, как определяется скорость точек механизма при движении кривошипа из первого положения во второе.

Определяем скорость точки A₁. Точка A₁ совершает вращательное движение, линия действия скорости перпендикулярна звену ОА₁, вектор скорости направлен в сторону вращения звена ОА₁. Линейную скорость точки A₁ определяют по формуле (2).

, (2)

где V_A - скорость точки А₁, м/с;

ω - угловая скорость звена ОА₁, с^-1;

|ОА₁| - длина звена ОА₁, м.

, (3)

где ω - угловая скорость звена ОА₁, с^-1;

n - частота вращения звена ОА₁, об/мин.

 с^-1

 м/с

Выбираем на свободном поле чертежа точку и обозначим ее P_V. P_V - полюс - точка, где все скорости равны нулю. Строим в масштабе вектор скорости точки A₁ с началом в точке P_V.

Определяем скорость точки A₃. Точка A₃ совершает вращательное движение, и ее линейная скорость описывается системой уравнений (4).

; (4)

Строим линию параллельную к звену 4 проходящую через конец вектора скорости точки A₁, так как шатун совершает поступательное движение вдоль кулисы. После этого строим линию перпендикулярную звену A₃B и проходящую через полюс, так как звено A₃B совершает вращательное движение относительно точки B, то есть точка B является полюсом. Соединяем полюс с точкой пересечения параллельной линии и перпендикуляра. Получим направление и значение скорости точки A₃.

Так как точки A₃ и C принадлежат одному звену ВС, то их угловые скорости равны. Следовательно, можно найти величину вектора скорости точки C путем составления пропорции (5).

 (5)

Строим вектор скорости точки C, который находится на прямой, перпендикулярной звену A₃B и проходящей через полюс.

Определяем скорость точки D. Точка D совершает поступательное движение, и ее линейная скорость описывается системой уравнений (6.)

; (6)

Строим прямую перпендикулярно звену СD_, проходящую через конец вектора скорости точки С, так как точка D совершает вращательное движение относительно точки C. После этого строим линию параллельную траектории точки D и проходящую через полюс. Точку пересечения, перпендикуляра к звену CD и параллельной линии траектории точки D, обозначим "d". Соединив точку d с полюсом, получим значение скорости и направление движения выходного звена.

Так как точки S₄ и C принадлежат одному звену ВС, то их угловые скорости равны. Следовательно, можно найти величину вектора скорости точки S₄ путем составления пропорции (7).

; (7)

Определив положение точки S₄, соединим полюс с этой точкой, умножим на масштаб и получим значение скорости точки S₄.

Скорость точки S₂ равна скорости точки D, так как они совпадают.

Скорость точки S₅ равна скорости точки A₁, так как они совпадают.

Остальные 11 положений строим аналогично.

Результаты занесены в таблицу.

Таблица 3 - Линейные скорости точек механизма

2.3 Определение ускорений точек и звеньев механизма

Определим ускорения точек механизма при нахождении кривошипа в каждом из двенадцати положений.

Опишем, как определяется ускорение точек механизма при движении кривошипа из первого положения во второе.

Определяем ускорение точки А₁. Точка A₁ совершает вращательное движение с постоянной скоростью. Ее ускорение описывается формулой (8).

, (8)

где  - полное ускорение точки A, м/с²;

 - касательное ускорение точки A, м/с²;

 - нормальное ускорение точки A, м/с².

Так как скорость вращения постоянна, то касательное ускорение точки A₁ равно нулю, следовательно полное ускорение точки A₁ равно только нормальному ускорению. Нормальное ускорение точки А₁ определяется по формуле (9).

, (9)

где  - скорость точки А₁, м/с;

ω₁ - угловая скорость звена ОА₁, с^-1;

|ОА₁| - длина звена ОА₁, м.

Угловая скорость ω₁ звена ОА₁ находится по формуле 3.

 м/с²

Выбираем на свободном поле чертежа точку и обозначим ее P_а. P_а - полюс - точка, где все ускорения равны нулю. Строим в масштабе вектор ускорения точки A₁ с началом в точке P_а. Этот вектор будет направлен вдоль звена ОА.

Определяем ускорение точки A₃. Точка A₃ совершает вращательное движение, ускорение описывается системой уравнений (10).

, (10)

где  - ускорение Кориолиса, определяющееся по формуле (11);

; (11)

Построим в масштабе вектор ускорение Кориолиса. Он проводится из конца вектора ускорения точки А₁ и направлен вдоль прямой повернутой на угол 90° относительно скорости  в сторону вращения кулисы. Через конец вектора  проводим линию, параллельную кулисе, это линия действия ускорения . Ускорение точки В равно нулю. Из полюса в масштабе строим вектор нормального ускорения точки A₃. Этот вектор будет направлен вдоль звена A₃B от точки A₃ к B. Длина этого вектора определяется по формуле (12).

, (12)

где  берется из плана скоростей.

Через конец вектора  проводим прямую, перпендикулярную отрезку A₃B. Эта прямая является линией действия ускорения . Точку пересечения линий действия ускорений  и  обозначим "а₃". Соединив полюс с точкой а₃, получим значение и направление ускорения точки А₃.

Строим вектор ускорения точки C, который совпадает по направлению с вектором ускорения точки А₃, так как точки A₃ и C принадлежат одному звену ВС. Величину вектора ускорения точки C можно найти путем составления пропорции (13).

 (13)

Ускорение выходного звена описывается системой уравнений (14).

, (14)

Через полюс проводим прямую, параллельную траектории движения точки D, которая является линией действия ускорения .

Из конца вектора  откладываем вектор , который параллелен DC и направлен от D к C, длина этого вектора определяется по формуле (15).

; (15)

Через конец вектора  проводим прямую, перпендикулярную отрезку DC, до пересечения с линией действия ускорения . Эта прямая является линией действия ускорения . Получили точку пересечения прямой параллельной траектории движения точки D и , обозначив ее "d". Соединив полюс с этой точкой, получим значение и направление ускорения точки D.

Ускорения точек, S₂, S₄, S₅, определяются аналогично скоростям соответствующих точек.

Остальные 11 положений строим аналогично.

Для того чтобы построить график зависимости ускорения выходного звена от положения кривошипа составим таблицу 4.

Таблица 4 - Ускорения точек механизма

Заключение

В курсовой работе произведено структурное и кинематическое исследования механизма поперечно-строгательного станка.

В структурном исследовании определено количество и виды звеньев и кинематических пар, также определена подвижность механизма и поведена структурная классификация механизма по Асуру.

В кинематическом исследовании описано построение плана положений, определение скоростей и ускорений точек механизма.

В рабочем чертеже разработаны план положений, планы скоростей и планы ускорений всех звеньев механизма при разных положениях кривошипа. Начерчены графики, в которых определены зависимости перемещений, скоростей и ускорений выходного звена от разных положений кривошипа.

Список использованных источников

1            Чернов Н.Н. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных техникумов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978. -389 с.

              Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. Для втузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 640 с.

3       Вагоны и вагонное хозяйство: Методическое руководство к дипломному проектированию для студентов специальности 150800 - Вагоны / Л.В. Егорова, В.Ф. Лапшин, М.В. Орлов и др.; Под общ. ред. проф. М.Ф. Орлова. - Екатеринбург: Изд-во УрГУПСа, 2004. - 120 с.