Курсовая работа (т): Кинематическое и динамическое исследование строгального станка. Конструкторская разработка одноступенчатого редуктора с внешним косозубым зацеплением

Кинематическое и динамическое исследование строгального станка. Конструкторская разработка одноступенчатого редуктора с внешним косозубым зацеплением

Министерство образования Российской Федерации

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра механики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: Кинематическое и динамическое исследование строгального станка. Конструкторская разработка одноступенчатого редуктора с внешним косозубым зацеплением.

по дисциплине техническая механика

Исполнитель

студент гр.246 А.А.Тихонов

Руководитель

зам. зав. кафедрой, канд. техн. наук                                   С.П.Волков

Нормоконтроль

зав. лабораторией Н.Н.Гужикова

Благовещенск 2004

Министерство образования Российской Федерации

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Энергетический факультет

Кафедра АПП и Э (блок механики)

УТВЕРЖДАЮ

Зам. зав. кафедрой

____________С.П. Волков

“_____” ____________

ЗАДАНИЕ

К курсовому проекту студента Тихонова Артема Александровича

1. Тема курсового проекта: Кинематическое и динамическое исследование механизма строгального станка, а также конструкторская разработка редуктора утверждена приказом от _______ №_______

. Срок сдачи студентом законченного проекта _________

. Исходные данные к курсовому проекту

) схема выбирается из варианта - 9

) цифровые данные из варианта - 1

. Содержание курсового проекта:

) Провести кинематический анализ механизма строгального станка

графическим и аналитическим методами. Выполнить динамический

анализ машинного агрегата.

) Расчёты элементов редуктора

. Перечень материалов приложения:

Лист 1: Анализ рычажного механизма станка:

) планы положений механизма

) планы скоростей

) планы ускорений

Лист 2: Сборочный чертёж редуктора;

Лист 3: Рабочие чертежи деталей:

) корпус редуктора

) зубчатое колесо

) тихоходный вал

. Консультация по курсовому проекту:

. Дата выдачи задания:

Руководитель курсового проекта Волков С.П.

Задание принял к исполнению (дата):____________________________

РЕФЕРАТ

Проект 74 с., 15 рисунков, 5 источников, 1 приложение.

Рычажный механизм, кинематика, динамика, редуктор, вал, колесо, шестерня, подшипник, крышка редуктора

В данном курсовом проекте систематизированы, закреплены и расширены теоретические знания, а также развиты конструкторские навыки.

Произведены динамические и кинематические исследования механизма строгального станка.

Представлены рекомендации по изготовлению и монтажу опытной конструкции.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Кинематический анализ рычажного механизма

.1 Кинематическая схема машинного агрегата

.2 Кинематическая схема исполнительного механизма

.3 Структурный анализ строгального станка

.4 План положений

.5 План скоростей

.6 План ускорений

.7 Построение диаграммы перемещений

.8 Построение диаграммы скоростей

.9 Построение диаграммы ускорений

2. Привод

2.1 Динамический анализ рычажного механизма

.2 Выбор электродвигателя

.3 Выбор редуктора

. Конструирования и расчет цилиндрического зубчатого редуктора

.1 Расчет зубчатых передач

.2 Проектный расчет валов

.2.1 Быстроходный вал

.2.2 Тихоходный вал

.3 Конструирование зубчатых колес и вала шестерни

.3.1 Установка колеса на валу

.3.2 Подбор посадки с натягом

.3.3 Расчет прочности шпоночного соединения

3.4 Конструирование подшипниковых узлов и расчет сил

.4.1 Определение реакций опор

.4.1.1 Быстроходный вал

.4.1.2 Тихоходный вал

.4.2 Расчет подшипников на заданный ресурс

.4.3 Построение эпюр моментов

.4.4 Расчет крышек подшипников

.4.5 Выбор уплотнительного устройства       

.5 Расчет деталей корпуса

.6 Смазка

.7 Выбор муфт

Заключение

Библиографический список

Приложение А. Пример построения плана положений

Приложение Б. Пример построения плана скоростей

Приложение В. Пример построения плана ускорений

Приложение Г. Таблица для определения мощностей рабочего хода

Приложение Д. Построение диаграммы мощностей

Приложение Е. Спецификация

ВВЕДЕНИЕ

СТРОГАЛЬНЫЕ СТАНК

К седьмой группе по классификации, ЭНИМС относят станки, имеющие прямолинейное движение резания независимо от того, работают ли они резцами (строгальные и долбежные станки) или протяжками и прошивками (протяжные станки). В строгальных станках и движение подачи имеет заготовка или резец. Станки этой группы служат для обработки разнообразных линейчатых поверхностей, описанных прямой, перемещающейся по направляющей линии, в соответствии с рисунком 1. Относительное перемещение заготовки и инструмента по направляющей - линии обеспечивается движением подачи, а по образующей - движением резания. Движение резания поперечно - и продольно - строгальных станков - всегда горизонтальное.

Поперечно - строгальные станки применяют в единичном и серийном производстве для обработки небольших по размерам заготовок. Продольно - строгальные станки позволяют обрабатывать станины станков, корпусные детали и т. п.

Рисунок 1 - Виды работ, выполняемых на строгальных станках

На рисунке 2 а) показан общий вид поперечно - строгального станка. В верхних направляющих станины 1 смонтирован ползун 2, совершающий с помощью кулисного механизма возвратно - поступательное перемещение (главное движение). На левом конце ползуна укреплен суппорт 3. Он состоит из поворотного диска 1 показанных на рисунке 2 б) и салазок 2, получающих периодически вертикальную подачу от ходового винта 3. На салазках смонтирована резцовая каретка 4 с откидной планкой 5 и резцедержателем 6.

На вертикальных направляющих станины (слева) находится поперечина 4 в соответствии с рисунком 2 а), по которой в горизонтальной плоскости перемещается стол 5 (движение подачи). На верхнюю плоскость стола устанавливают заготовки или тиски и закрепляют их с помощью болтов, устанавливаемых в Т - образные пазы стола.

Рисунок - 2 Поперечно - строгальный станок

Плоскости обрабатывают следующим образом. Стол 5 с поперечиной устанавливают на определенной высоте в зависимости от вертикального размера заготовки. Для большей жесткости стол дополнительно закрепляют в стойке 6. Процесс строгания, происходит при движении ползуна влево. По окончании рабочего хода ползун возвращается направо, совершая ускоренный холостой ход, в конце которого механизм 7 осуществляет периодическую подачу стола вдоль направляющих поперечин. При отрезных операциях или при обработке вертикальных плоскостей периодическую подачу совершает суппорт 3.

В двухстоечном продольно - строгальном станке в соответствии с рисунком 3, стол 3 с помощью реечной передачи перемещается по призматическим направляющим 1 станины 2. На рабочей плоскости стола устанавливают и закрепляют заготовки. По обе стороны станины расположены боковые стойки 4 и 5, скрепленные для жесткости поперечной балкой 6. В вертикальных направляющих стоек смонтирована траверса 7, несущая два резцовых суппорта 8 с резцедержателями. С правой стороны станка размещены агрегаты привода. В зависимости от вертикальных размеров заготовок траверсу устанавливают на определенной высоте и зажимают. При строгании стол совершает возвратно - поступательное движение. В конце рабочего хода осуществляется периодическая подача верхних суппортов 8 в горизонтальном, а боковых суппортов 9 - в вертикальном направлении. В связи с этим резцы, установленные в резцедержателях суппортов 8, обрабатывают горизонтальные плоскости или линейчатые поверхности, а в суппортах 9 - боковые.

Рисунок - 3 Продольно - строгальный станок

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНОГ МЕХАНИЗМА

1.1 Кинематическая схема машинного агрегата

Рисунок - 4 Кинематическая схема машинного агрегата

1.2 Кинематическая схема исполнительного механизма

- стойка, 2 - кривошип, 3 - шатун, 4 - кулиса, 5 - камень кулисы

Рисунок - 5 Кинематическая схема строгального станка

1.3 Структурный анализ строгального станка

По формуле Чебышева определим число двигателей, которые приводят исполнительный механизм.

W=3×n - 2×p5 - p4                                                                         (1)`

W=15-14=1 - следовательно исполнительный механизм приводит в действие 1 двигатель.

1.4 План положений

Для построения планов положений механизма выбираем масштабный

коэффициент μ1=0,001 м/мм. Проводим окружность радиусом равным АВ, так как кривошип АВ совершает полный оборот. Зная длину отрезка DC, получим нулевое и крайнее положения механизма в точке С. Для нулевого положения из отрезка ВС вычтем отрезок АВ и на пересечении с отрезком DC, получим точку С0, а для крайнего положения отрезки АВ и ВС сложим и получим т. Ск. Для нахождения точки Е, откладываем 25 градусов от отрезка DC и проводим линию до пересечения оси х - х.

1.5 План скоростей

Для построения планов скоростей механизма выбираем масштабный коэффициент по формуле:

mv=(ω2×ml)/2 (1)

ω2=(π×n2)/300=36,861 c - 1, (2)

где ω2 - угловая скорость кривошипа;

mv=(ω2×ml)/2=0,0184 (3)

Величина скорости точки А равна нулю.

Величина скорости точки В определяется по формуле

uB=uA+uBA=w2×lАВ (4)

Направление её в соответствии с направлением ω2 перпендикулярно звену АВ.

Отложим от полюса Р расстояние (Рb)=2×АВ (Рb перпендикулярно АВ)

Скорость точки С находится относительно точек В и D и определяется системой:

uС=uВ+uСВ(5)

uС=uD+uСD

Скорость точки D равна нулю. Таким образом точку С получаем на пересечении двух перпендикуляров, от В к С и от D к С.

Скорость точки Е4 определяется из соотношения

(uС/uЕ4)= (lСD/lЕD) (6)

Скорость точки Е5,6 определяем по уже найденным скоростям точек С и D:

uЕ5,6=uС+uСЕ5,6 (7)

uЕ5,6=uD+uDЕ5,6 (8)

и откладывается на пресечении двух перпендикуляров, от С к Е и от D к Е.

Скорость точки F равна 0.

1.6 План ускорений

Планы ускорений строят по составленным векторным уравнениям, точно в такой же последовательности с использованием тех же самых приёмов, как и при построении планов скоростей.

Найдем масштабный коэффициент ускорения по формуле:

mа=m²v/m1 (9)

Так как точка А принимается за стойку, ускорение этой точки равно 0.

Для определения ускорения точки В, совершающей движение по окружности радиуса, равным длине кривошипа, запишем уравнение.

Для определения ускорения точки С запишем систему:

ас=ав+аnсв+аτсв - относительно точки В (10)

ас=аD+аnсD+аτсD - относительно точки В (11)

откуда находим нормали ускорения точки С относительно точек D и В:

аnсв→(b1 - nCB)=(cb)²/CB (12)

аnсD→(d1 - nCD)=(cd)²/CD (13)

аτсв и аτсD откладываем от найденных нормалей под прямым углом и на пересечении получаем точку С.

Аналогично находится точка Е4, то есть относительно точек С и D и определяется системой:

аЕ4=аС+аnЕ4С+аτСЕ4 (14)

аЕ4=аD+аnЕ4D+аτDЕ4 (15)

откуда находим нормали ускорения точки Е4 относительно точек D и С:

аnЕ4С→(с1 - nЕ4С)=(cе4)²/CЕ4 (16)

аnЕ4D→(d1 - nЕ4D)=(dе4)²/DЕ4 (17)

Нормали откладываются на чертеже параллельно положению механизма.

аτСЕ4 и аτDЕ4 откладываем от найденных нормалей под прямым углом и на пересечении получаем точку Е4.

Кориолисово ускорение откладывается под прямым углом по направлению угловой скорости кулисы и рассчитывается по формуле:

аКЕ5Е4→(е1 - КЕ5Е4)=(2×Ре4/2×DE4)×(е4 - е5) (18)

проведя вектор КЕ5Е4 до оси х - х получим ускорение точки е15,6.

1.7 Построение диаграммы перемещения

Данный метод основан на применении графического дифференцирования функций положения S(φ), где φ - угол поворота кривошипа.

Выбираем масштабный коэффициент:

mφ=2×π/120=0,523 (19)

Диаграмма перемещений выходного звена строится следующим образом: по оси абсцисс откладываем обобщенную координату, то есть угол перемещения входного звена, таким образом, через получаем 12 точек. По оси ординат откладываем перемещение выходного звена в масштабе кривошипа в зависимости от угла поворота входного звена. При угле = 0 перемещение точки Е равно нулю, при угле = точка Е перемещается на некоторое расстояние, которое мы прибавляем к предыдущему значению перемещения точки Е и откладываем полученное значение при

соответствующем значении угла . Значение перемещения точки Е при других углах определяется аналогичным образом.

1.8 Построение диаграммы скоростей

Диаграмма перемещений, построенная раннее служит основной для построения диаграммы скоростей. В начале на диаграмме перемещений проводятся хорды от начала отсчета до значений перемещений. Затем на диаграмме скоростей параллельно хордам проводятся прямые из полюса отстоящего от начала координат на расстояние Н=12 мм и до оси ординат.

Затем на пересечении полученных значений ординат и соответствующих углах мы получаем значения скоростной точки Е. Однако следует учесть, что углы смещаются влево на .

1.9 Построение диаграммы ускорений

Диаграмма ускорений строится аналогично диаграмме скоростей. Мы откладываем хорды на диаграмме скоростей, а затем откладываем отрезки на диаграмме ускорений на расстоянии Н от начала координат. На диаграмме ускорений углы смещаются вправо на .

2. ПРИВОД

.1 Динамический анализ рычажного механизма

В масштабе вычерчиваем зависимость от перемещения точки Е6 рычажного механизма принадлежащей его входному звену. По горизонтальной оси от начала координат откладываем перемещения SE6 взятые с планов положения механизма для участка рабочего хода. Перед этим определим масштабный коэффициент mр:

mр=Pпс/Y псmax (20)

mр=2400/100=24 Н/мм

В этой системе координат строим график линейной зависимости uE6(SE6). Откладываем взятые с плана отрезки uе61, uе62,…, uе6n для участка рабочего хода.

Примем мощность за N6 от сил полезного сопротивления при поступательном движении выходного звена.

Nпс(i)= Pпс(i)× uE6(i) (21)

С учетом масштабных коэффициентов можно получить соотношения:

Nпс(i)= y пс×mр× uе6(i)× mu (22)

=190×20×90,5×0,0184=6330,8 Вт

Расчеты производим до крайней точки и по найденным значениям строим график Nпс(SE6).Затем выделяем наибольшее значение мощности Nпс(max). Находим mN , учитывая размеры площади ограниченной осями системы координат:

mN= Nmax /Ynсmax (23)

mN=6330,8/190=33,32 Вт/мм

Находим затраченную мощность

Nзатр = Nmax /h (24)

Nзатр = 6330,8/0,75=8441,07 Вт

Вычисляем мощность электродвигателя

Nэл.дв = Nзатр. ×1,1 (25)

Nэл.дв=8441,07×1,1=9285,17 Вт

2.2 Выбор электродвигателя

Выбираем электродвигатель по полученной мощности серии АИР марки 132М4.

Характеристики электродвигателя АИР 132М4:

мощность - 11 кВт, номинальная частота - 1447 об/мин, асинхронная частота вращения - 1500 об/мин, ток статора - 22,2 А, КПД - 88,5 %, коэффициент мощности - 0,85, масса - 83,5 кг, номинальное напряжение (0,55 - 11,0 кВт) - 220 В, 380 В, 660 В.

2.3 Выбор редуктора

Выбор редуктора производим по общему передаточному числу:

Up=nдв/n2 (26)

Up=1447/352=4,1

Так как Up=3..5, то проектируем одноступенчатый зубчатый редуктор с внешним косозубым зацеплением.