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.

• Введение
• 1. Структурное исследование
• 1.1 Определение количества и вида звеньев и кинематических пар
• 1.2 Определение подвижности механизма
• 1.3 Структурная классификация механизма по Ассуру
• 2. Кинематическое исследование
• 2.1 Построение плана положений
• 2.2 Определение скоростей точек и звеньев механизма
• 2.3 Определение ускорений точек и звеньев механизма
• Заключение
• Список использованных источников

механизм станок кривошип кинематический

1 — 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;

щ — угловая скорость звена ОА₁, с^-1;

|ОА₁| - длина звена ОА₁, м.

(3)

где щ — 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;

щ₁ — угловая скорость звена ОА₁, с^-1;

|ОА₁| - длина звена ОА₁, м.

Угловая скорость щ₁ 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.

2 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 150 800 — 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.