Проектирование механизмов соковыжималки

Проектирование механизмов соковыжималки

Теоретическая часть

Развитие современной науки и техники неразрывно связано с созданием новых машин, повышающих производительность и облегчающих труд людей, а также обеспечивающих средства исследования законов природы и жизни человека.

Целью создания машины является увеличение производительности и облегчения физического труда человека путём замены человека машиной. В некоторых случаях машина может заменять человека не только в физическом труде, но и в умственном труде. Так, например, счётно-решающие машины заменяют человека или помогают ему в проведении необходимых математических операций, информационные машины обрабатывают большое количество сведений, заложенных человеком, и дают ему необходимую информацию. Созданные человеком машины могут управлять производственными и другими процессами по определённым, ранее составленным программам и некоторых случаях автоматически обеспечивать процессы с оптимальными результатами. Наконец, машины могут в некоторых случаях заменять отдельные органы человека, такие, например, как конечности рук (механизмы манипуляторов, протезы), сердце (искусственное сердце) и т. д. Таким образом, понятие машины охватывается большое количество самых различных объектов, применяемых человеком для своих трудовых и физиологических функций.

Понятие «машина» может в общем виде выражено следующим образом: машина есть устройство, создаваемое человеком для изучения и использования законов природы с целью облегчения умственного и физического труда, увеличения его производительности и облегчения путём частичной или полной замены человека в его трудовых и физиологических функциях. При создании машины человек пользуется всеми достижениями математики, физики, механики, химии, электротехники и электроники. Машины могут работать и осуществлять требуемые движения своих органов с помощью устройств, в основу работы которых положены принципы воспроизведения движения, производства работы и преобразования энергии.

Современные наиболее развитые машины и совершенные машины обычно представляют собой совокупность различных устройств, в работу которых положены принципы всех мировых наук.

1. Проектирование рычажного механизма

1.1 Синтез механизма

Определим угол и между крайними положениями шатуна:

= 60є

Приняв точку О за центр вращения звена ОА, проводим от точки горизонтальную линию и выбираем на линии произвольную точку В, отрезок ОВ определит положение кулисного камня. Затем от точки В строим прямые под углом (ОB в этом случае будет являться биссектрисой). Далее из точки О проводим линии перпендикулярно к АВ. Окружность радиуса OA делим на 12 равных частей, начиная с первого положения.

Определяем масштаб и длины звеньев:

Длина звеньев:

1.2 Определение скоростей

Угловая скорость кривошипа:

Скорость точки, А кривошипа:

VA = щ1 .lОА = 10,46*0,2358 = 2,46 (м/с) Выбираем масштаб:

Из полюса проводим прямую, перпендикулярно кривошипу и откладываем скорость точки А. Через конец вектора скорости точки, А проводим прямую, перпендикулярную звену АВ, а из полюса плана — прямую, параллельную направлению абсолютной скорости точки В. Пересечение этих прямых в точке «b» определит концы векторов VB и VBА Скорость точки С находим из подобия плана механизма и плана скоростей,

а скорость точки D будет лежать на направляющей. Определяем скорости звеньев механизма для 10 положения механизма:

VB = PVb* MV = 0.35*5 =1,75 (м/с)

VC = PVc* MV = 0.35*8 =2,8 (м/с)

VD = PVd* MV = 0.35*8,8 =3,08 (м/с)

VBA = ba* MV = 0.35*4,8 =1,68 (м/с)

VCA = ca* MV = 0.35*11,1 =3,8 (м/с)

VDC = dc* MV = 0.35*4,8 =1,68 (м/с) Для нахождения направления угловой скорости звена переносим скорости с плана скоростей векторов соответствующей точки и смотрим как они направлены относительно полюсов.

щ2 =VAC/LAC = 3,31 (1/с) щ3 =VCD/LCD = 2,02 (1/с) Строим планы скоростей для всех 12 положений. Результаты заносим в таблицу № 1.

Таблица № 1

1.3 Определение ускорений

Ускорения построим для 10-го положения.

Ускорение точки, А кривошипа:

направлено от, А к О1.

Выбираем масштаб плана ускорений:

Из точки проводим отрезок. Из точки n проводим прямую перпендикулярно АВ. Из полюса откладываем ускорение Кориолиса, тоже перпендикулярно АВ, из конца ускорения Кориолиса проводим прямую параллельную АВ, и в точке пересечения находим точку В. Из полюса проводим отрезок

Ускорение точки С находим из подобия плана механизма и плана ускорения.

Из точки С проводим отрезок от конца отрезка откладываем прямую перпендикулярную С10D10 до пересечения с направляющей, в этой точке находится точка D.

Определяем ускорение центра масс звена AC, для чего соединяем середину отрезка ac с полюсом.

Определяем ускорение центра масс звена DC, для чего соединяем середину отрезка ac с полюсом.

Также находим

Находим угловую скорость и угловое ускорение звена AB:

Находим угловую скорость и угловое ускорение звена DC:

1.4 Построение диаграмм скоростей и ускорений Зададим масштаб построения скоростей

— масштаб скоростей

— масштаб времени Используя Таблицу № 1, откладываем 12 величин скорости на графике и соединяем линией. Определяем масштаб построения ускорений:

Диаграмму ускорений точки строим графическим дифференцированием диаграммы скоростей по методу хорд. Сначала произвольно задаём расстояние точки К=15мм и откладываем её по оси абсцисс в отрицательную область. Затем используя метод параллельного переноса, мы переносим хорды соединяющие 1и 2, 2 и 3, 3 и 4,…, 11 и 12 точки на диаграмме скоростей, на диаграмму ускорении и откладываем их от точки К.

От точки пересечения хорд с осью ординат откладываем горизонтальные прямые, там где данные прямые будут проходить над серединами отрезков 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4,…, 11 и 12 будут находится исходные точки диаграммы ускорений.

Полученные в ходе построения точки соединяем линией.

Определяем погрешность измерений:

Полученная погрешность составляет меньше 5%, что допустимо.

1.5 Силовой анализ механизма

Массы звеньев:

Силы тяжести звеньев:

Силы инерции звеньев:

Моменты инерции звеньев:

Расстояния от линии действия сил инерции до центров масс:

Силу инерции прикладываем к центру масс звена и направляем в сторону, противоположную направлению соответствующего линейного ускорения центра масс. Параллельным переносом смещаем силу инерции на плечо h.

1.6 Силовой анализ 1-й структурной группы

Выделяем первую структурную группу, состоящую из звеньев 3 и 4. Показываем все действующие на нее силы: силу полезной нагрузки Рn, силы тяжести G2, G3, силы инерции, и силы реакции R32. Запишем:

Для определения R32 составим уравнение моментов относительно точки «D»:

;

Нам неизвестны реакции и мы строим план сил. Масштаб плана сил P =224.87 Н/мм. Из плана сил получим: = 1933,8Н =1978,85Н

1.7 Силовой анализ 2-й структурной группы

Выделяем вторую структурную группу, состоящую из звена 2. Показываем все действующие на нее силы: силу тяжести G2, силу инерции, и силы реакции R23,, Запишем:

Для определения R21 составим уравнение моментов относительно точки «B»:

;

Нам неизвестны реакции и мы строим план сил. Масштаб плана сил P =258 Н/мм. Из плана сил получим:

= 206,4Н

=516Н

1.8 Силовой анализ начального механизм

Выделяем начальную структурную группу, и показываем все действующие на нее силы:

Составим уравнение моментов относительно точки «O».

;

;

Отсюда выразим Py:

1.9 Определение величины уравновешивающего момента с помощью «жесткого» рычага Н.Е. Жуковского

Строим повернутый на 90є план скоростей для данного положения и прикладываем в соответствующих точках этого плана действующие силы. Составляем уравнение моментов всех сил относительно полюса РV:

Сравниваем полученное значение со значением, полученным с помощью силового анализа.

Погрешность меньше 5% следовательно расчёт произведён верно.

2. Проектирование планетарной передачи

механизм соковыжималка рычажный скорость Основной целью проектирования планетарной передачи является определение редуктора по заданному передаточному отношению. При этом должны быть выполнены следующие условия:

1. Числа зубьев колес должны обеспечивать выполнение заданного передаточного отношения с допустимой точностью 3%.

2. Числа зубьев колес должны быть целыми. При этом минимальное число зубьев zmin = 17 (для отсутствия подреза зубьев у колес с внешними зубьями), zmin = 85 (для отсутствия подреза зубьев у колес с внутренними зубьями).

2. Вал водила должен быть соосным солнечному и корончатому колесу (условие соосности).

3. Числа зубьев должны быть выбраны так, чтобы механизм, имеющий несколько сателлитов, свободно собирался (условие сборки).

4. Количество сателлитов должно быть таким, чтобы соседние сателлиты не касались друг друга окружностями вершин (условие соседства).

Определение передаточного отношения планетарного механизма аналитический метод:

Находим и по его величине выбираем тип передачи (редуктор Давида).

Исходными данными являются:

Uпл = 22,67; m = 2 мм; к? 5.

Уравнение передаточного отношения:

Из уравнения передаточного отношения рассчитываем число зубьев колеса 1:

z1 = 2. Uпл = 2.22,67 = 45 >17. z1 = 45

Принимаем z3 =z1 = 45.

Рассчитываем число зубьев ведомого колеса z4 =z1 -1 = 45−1=44.

Число зубьев колеса 2 блока сателлитов: z2=z4=44

Рассчитываем фактическое передаточное отношение и сравниваем его с заданным:

%

Отклонение передаточного отношения спроектированной планетарной передачи не превышает 3%, что допустимо.

Определение передаточного отношения планетарного механизма графическим методом: Максимальное число сателлитов для данной передачи: k=5.

Принимаем число сателлитов равное 3.

Рассчитываем диаметры делительных окружностей колес:

мм, мм, мм.

мм.

условие соосности выполнено.

Затем определяем Uпл графически. Для этого спроектируем на вспомогательную вертикаль все точки. Зададимся произвольной величиной скорости VH точки, являющейся осью вращения саттелита и одновременно принадлежащей водилу Н. Проведём линию распределения скоростей ЭпVH для точек водила, которая пройдёт через точку О1, и конец вектора VH. Тогда линия ЭпV2 распределения скоростей сателлита 2 пройдёт через т. касания колёс 1 и 2, и конец вектора VH, а ЭпV4 распределения скоростей солнечного колеса 4 пройдёт через точку О1 и конец вектора скорости V2. Таким образом передаточное отношение можно рассчитать по формуле:

Погрешность построения меньше 3% и значит что расчёт проведён верно.

3. Проектирование кулачкового механизма

1) Определение минимального эксцентриситета и радиуса кулачка.

Задаём масштабы:

MV = 0,25 м/мм MS = 0,25 м/мм MА = 0,001 м/мм

Строим по данным из распечатки графики зависимости перемещения толкателя и аналога скоростей от угла поворота кулачка. Для определения величины минимального радиуса кулачка строим вспомогательную диаграмму путем сложения диаграмм перемещения и аналога скоростей исключая общий переменный параметр для этих диаграмм — угол поворота кулачка. С целью обеспечения одного и того же масштаба, вспомогательную прямую проводим под углом 45о к оси абсцисс. К вспомогательной диаграмме проводим под углом [б]=30о (максимальный угол давления) касательные, точка их пересечения и будет центром вращения кулачка.

Определяем минимальный радиус кулачка Rmin и эксцентриситет, и сравниваем их со значениями из таблицы.

Rmin=17.5 Д=0,011%

eнатур=-4 Д=0,025%

Полученные погрешности составляют меньше 3%, что допустимо.

2) Построение профиля кулачка методом обращённого движения.

Построение профиля кулачка ведем методом обращенного движения. Выбираем масштаб построения и проводим окружность минимального радиуса Rmin0 и окружность радиуса, равного эксцентриситету е. Окружность минимального радиуса разбиваем на дуги, пропорциональные фазовым углам цуд, цпр, цдс, а углы делим на части в соответствии с делением по оси абсцисс диаграммы перемещения толкателя. Из точек деления проводим касательные к окружности эксцентриситета и откладываем по этим касательным, начиная от окружности минимального радиуса, отрезки, соответствующие перемещениям толкателя. Соединяем полученные точки плавной кривой и получаем центровой профиль кулачка. Определяем ролика толкателя rрол и проводим серию окружностей радиуса rрол по этому профилю. Рабочий профиль кулачка получаем как огибающую этого семейства окружностей. Для каждого положения находим величину угла давления. И строим график зависимости угла давления от угла поворота. Задаём масштаб построения кулачка: M = 0,25м/мм Определяем радиус ролика:

Rр = 0,3*Rк = 21 см

Заключение

При проектировании рычажного механизма мы научились определять длину звеньев, а также скорости и ускорения характерных точек и звеньев механизма; рассмотрели силовой анализ и определили реакции в кинематических парах, уравновешивающую силу и уравновешивающий момент на главном валу соковыжималки. При проектировании планетарного механизма 2 способами определили передаточное отношение: аналитическим и графическим.

При проектировании кулачкового механизма по заданным табличным данным построили кинематические диаграммы толкателя, нашли эксцентриситет, определили минимальный радиус кулачка, положение его центра вращения относительно оси толкателя, построили теоретический и практический профили кулачка.

1. Конспект лекций

2. Проектирование кулачкового механизма с прямолинейно движущимся роликовым толкателем с применением ЭВМ: Методологические рекомендации к курсовому проектированию по теории механизмов и машин/ Курск. гос. техн. ун.-т; Сост. Б. В. Лушников. Курск, 1997. 29с

3. Проектирование планетарных зубчатых механизмов. Методические рекомендации к курсовому проектированию по теории механизмов и машин/ Курск. гос. техн. ун-т; Сост. Б. В. Лушников. Курск, 2000. 22с

4. Попов С. А., Тимофеев Г. А. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин: учебное пособие для вузов/ под. Ред. К. В. Фролова. М: Высшая школа, 1998 г. 351стр.