Реферат: Основы проектирования и конструирования машин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственныйтехнический университет

Кафедра проектированиямеханизмов и подъемно-транспортных машин

МЕТОДИЧЕСКИЕУКАЗАНИЯ

к выполнению курсовой работыпо дисциплине

“Основы проектирования и конструированиямашин”,

для студентов специальности060800

экстернатной формы обучения

Воронеж 2002

Составители:канд. техн. наук В.А.Нилов, канд. техн. наук Ю.В.Кирпичев, канд. техн. наукБ.Б.Еськов, И.Ю.Кирпичев

УДК 531.8-621.81.

Методическиеуказания к выполнению курсовой работы по дисциплине “Основы проектирования и конструированиямашин”, для студентов специальности 060800 экстернатной формы обучения / Воронеж.гос. техн. ун-т; Сост. В.А.Нилов, Ю.В.Кирпичев, Б.Б.Еськов, И.Ю.Кирпичев.Воронеж, 2002. 24 с.

Методические указанияпредназначены для студентов, выполняющих курсовую работу по дисциплине “Основы проектирования и конструирования машин”. Представленаметодика структурного, кинематического анализа шарнирно-рычажного механизма.Приведенные расчетные зависимости позволяют студентам рассчитать и построитьпланы скоростей и ускорений, а также выполнить эскизную компоновку цилиндрическогоредуктора.

Рабочая тетрадь подготовленав электронном виде в текстовом редакторе MS WORD и содержится в файле:Экстернат.doc.

Табл.4. Ил.20. Библиогр.: 7назв.

Рецензент: канд. тех.наук В.Я. Иволгин

Ответственный за выпуск зав.кафедрой, канд. техн. наук В.А. Нилов

Издается по решениюредакционно-издательского совета Воронежского государственного техническогоуниверситета

технический университет, 2002

СОДЕРЖАНИЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ

ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа по дисциплине “Основыпроектирования и конструирования машин” для студентов-экстернатниковспециальности 060800 “Экономика и управление на предприятии” состоит изграфической части, которая выполняется на двух листах плотной чертежной бумагеформата

A1(594x841)в карандаше и расчетно-пояснительной записки, написанной от руки или набранноймашинописным текстом на листах писчей бумаги формата A4 (210x297) на одной стороне страниц гдеприводятся все расчеты по заданию.

1 ЛИСТ – Структурный и кинематическийанализ рычажного механизма

.Примеры оформления 1-го листа представлены в приложениях В, Г, Д и выбираются взависимости от номера задания. В расчетно-пояснительной записке к первому листудолжны быть отражены следующие вопросы:

1. Назвать все звенья механизма.

2. Построить план механизма.

3. Построить план скоростей.

4. Построить план ускорений.

2 ЛИСТ – Сборочный чертеж редуктора

. Пример оформления 2-го листа представленв приложении Е. В расчетно-пояснительной записке к первому листу должны бытьотражены следующие вопросы:

1. Кинематический расчет и выборэлектродвигателя.

2. Выбор материала колес редуктора.

3. Расчет закрытой зубчатой пары.

4. Расчет основных параметров и размеровзубчатых колес.

5. Расчет диаметров валов редуктора.

6. Выбор подшипников.

7. Выбор шпоночных соединений.

РАСЧЕТ 1-го ЛИСТА

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА

Кривошипно-рычажный механизм состоит из звеньев:

0 — стоек A и D, ось

X-X

1 — кривошипа AB,

2 — шатуна ВС,

3 — кривошипа DE,

4 — шатуна FE,

5 — ползуна F.

Количествоподвижных звеньев n=5; количествокинематических пар 5-го класса

p=7.

ПЛАН МЕХАНИЗМА

При известных размерах звеньевмеханизма построение механизма в каком-либо положении осуществляется методомзасечек, который заключается в геометрическом построении положения на плоскостицентра вращательных пар. Последовательность построения (см. приложение A), с учетом заранеевыбранного масштаба построения m

плана механизма (для задания №1):

1) расположить на плоскости позаданным размерам элементы изображения стойки (точки A и D, ось x-x);

2) в одном из заданных углом j

положений присоединить ведущее звено АВ;

3) из точки В и точки Dпровести дуги радиусом соответствующих заданных размеров (LBC, LCD), пересечение которыхопределит положение вращательной пары С;

4) на продолжении отрезка DCрадиусом LDE найти точки Е;

5) из точки Е радиусом LEFпровести дугу до пересеченияс линией x-xдвижения ползуна,пересечение которых определит положение поступательной пары, в точке F.

Ориентировочный интервалмасштаба плана построения механизма <img src="/cache/referats/19238/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

<img src="/cache/referats/19238/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">; <img src="/cache/referats/19238/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027">; <img src="/cache/referats/19238/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028">; <img src="/cache/referats/19238/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029">,

здесь и далее величина в скобках обозначает размер вмиллиметрах на чертеже.

ПЛАН СКОРОСТЕЙ

Построение плановскоростей и ускорений проводится на основе последовательного составлениявекторных уравнений для точек звеньев механизма, начиная с ведущего звена,угловая скорость w1которого задана.

Находим численноезначение скорости точки Bиз выражения:

<img src="/cache/referats/19238/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> (м/c)

Для того чтобы начатьпостроение плана скоростей необходимо выбрать масштаб построения <img src="/cache/referats/19238/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031">

где <img src="/cache/referats/19238/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> мм (чем больше <img src="/cache/referats/19238/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1035">

Выбираем на чертеже точку P — полюс плана скоростей.Строим вектор <img src="/cache/referats/19238/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> скорости точки B (рис.12, 16, 19). Векторскорости точки Bнаправлен в сторону вращения ведущего звена (см. направление

w1),перпендикулярно звену АВ.

Скорость точки Cопределяется из векторной системы уравнений:

<img src="/cache/referats/19238/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> (1)

где <img src="/cache/referats/19238/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> — векторы абсолютныхскоростей точек; <img src="/cache/referats/19238/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> — векторы относительных скоростей (скорость точки С вокруг Bискорость точки С вокруг опоры D).

Системауравнений (1) решается графическим способом. При этом учитывается, что <img src="/cache/referats/19238/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1040"><img src="/cache/referats/19238/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1041">

Скоростьточки D равна нулю <img src="/cache/referats/19238/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> (на плане скорость совпала с полюсом P).

Выполним построения длянахождения точки C:

1) Построим скорость <img src="/cache/referats/19238/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> , т.е. скорость точкиС вокруг точки D– проведем на плане направление вектора <img src="/cache/referats/19238/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1044">Pпроведем линию перпендикулярнозвену CD.

2) Построим скорость <img src="/cache/referats/19238/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> , т.е. скорость точкиС вокруг точки B– проведем на плане направление вектора <img src="/cache/referats/19238/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> через точку bпланаскоростей.

3) Точка плана скоростейлежит на пересечении двух направлений <img src="/cache/referats/19238/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1047"> и <img src="/cache/referats/19238/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1048"><img src="/cache/referats/19238/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1049"> — скорость точки С.

4) Находим величину скороститочки С из плана скоростей:

<img src="/cache/referats/19238/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1050"> (м/c)

где <img src="/cache/referats/19238/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1051"> — длина вектора наплане скоростей в миллиметрах.

Построим скорость точки Е для заданий №1,3(рис.12, 19):

Т.к. точка Е принадлежит звену CD, значитнаправления скоростей точек С и Е совпадают, а длина вектора

<img src="/cache/referats/19238/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1052"> находится из пропорции:

<img src="/cache/referats/19238/image053.gif" v:shapes="_x0000_i1054"> (мм)

Откладываем из полюса

P параллельно вектору <img src="/cache/referats/19238/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1055"> длину вектора <img src="/cache/referats/19238/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1056"> — получаем точку E на плане скоростей.

Построим скорость точки Е для задания №2(рис.16):

Т.к. точка Е принадлежит звену CD, инаходится между точками

C и D,то найдем координаты конца вектора pc из пропорции:

<img src="/cache/referats/19238/image057.gif" v:shapes="_x0000_i1058"> (мм)

Соединяем на плане скоростей точки

b и c, и откладываем на этой линии из точки b найденную длину отрезка <img src="/cache/referats/19238/image059.gif" v:shapes="_x0000_i1059">e на плане. Соединяя полюс P с точкой e, построим вектор <img src="/cache/referats/19238/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1060">

Находим величину скороститочки Eиз плана:

<img src="/cache/referats/19238/image062.gif" v:shapes="_x0000_i1061"> (м/

c)

Скорость точки Fопределяется с помощью графического решения системы векторных уравнений:

<img src="/cache/referats/19238/image064.gif" v:shapes="_x0000_i1062"> (2)

где <img src="/cache/referats/19238/image066.gif" v:shapes="_x0000_i1063"> — векторы абсолютныхскоростей точек; <img src="/cache/referats/19238/image068.gif" v:shapes="_x0000_i1064"> — векторы относительныхскоростей; <img src="/cache/referats/19238/image070.gif" v:shapes="_x0000_i1065"> — скорость движения системыкоординат (прямой x-x), <img src="/cache/referats/19238/image072.gif" v:shapes="_x0000_i1066">.

При решении уравнений (2)учитываем, что <img src="/cache/referats/19238/image074.gif" v:shapes="_x0000_i1067">, <img src="/cache/referats/19238/image076.gif" v:shapes="_x0000_i1068">//x-x.

Выполним построения длянахождения точки F(рис.12, 16, 19):

1) Построим скорость <img src="/cache/referats/19238/image078.gif" v:shapes="_x0000_i1069">Fвокруг точки E–проведем на плане направление вектора <img src="/cache/referats/19238/image080.gif" v:shapes="_x0000_i1070"> через точку eнаплане скоростей.

2) Через полюс

P проведем линию параллельную направляющей оси x-x.

3)

Точка Fпланаскоростей лежит на пересечении двух направлений (см. п.1 и 2). Достраиваемвектор <img src="/cache/referats/19238/image082.gif" v:shapes="_x0000_i1071"> — скорость точки F.

4) Находим величину скороститочки Fиз плана скоростей:

<img src="/cache/referats/19238/image084.gif" v:shapes="_x0000_i1072"> (м/

c)

Из построенного плана найдем некоторые значения скоростей:

<img src="/cache/referats/19238/image086.gif" v:shapes="_x0000_i1073"> (м/

c)

<img src="/cache/referats/19238/image088.gif" v:shapes="_x0000_i1074"> (м/

c)

Скорости центров масс звеньев лежат на серединах соответствующих отрезков:

S1 на <img src="/cache/referats/19238/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1075">S2 — <img src="/cache/referats/19238/image091.gif" v:shapes="_x0000_i1076">S3 — <img src="/cache/referats/19238/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1077">S4 — <img src="/cache/referats/19238/image094.gif" v:shapes="_x0000_i1078">S5=<img src="/cache/referats/19238/image082.gif" v:shapes="_x0000_i1079">

ПЛАН УСКОРЕНИЙ

Определим ускорение точки B, совершающей равномерное движение поокружности с радиусом кривошипа AB:

<img src="/cache/referats/19238/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1080"> (м/c2)

Для того чтобы начатьпостроение плана скоростей необходимо выбрать масштаб построения <img src="/cache/referats/19238/image099.gif" v:shapes="_x0000_i1081">

где <img src="/cache/referats/19238/image105.gif" v:shapes="_x0000_i1084"> мм (чем больше <img src="/cache/referats/19238/image107.gif" v:shapes="_x0000_i1085">

Выбираем наплоскости точку

p — полюс плана ускорений. Строим вектор <img src="/cache/referats/19238/image107.gif" v:shapes="_x0000_i1086"> ускорения точки B (рис.13, 15, 18). Вектор <img src="/cache/referats/19238/image107.gif" v:shapes="_x0000_i1087"> направлен параллельно звену AB. Откладываем изполюса pдлину вектора <img src="/cache/referats/19238/image107.gif" v:shapes="_x0000_i1088"> в направлении к центру вращения точки B (т.е.от точки B к точке A).

Ускорение точки C определяется из векторныхуравнений:

<img src="/cache/referats/19238/image110.gif" v:shapes="_x0000_i1089"> (3)

где <img src="/cache/referats/19238/image112.gif" v:shapes="_x0000_i1090"> — векторы абсолютныхускорений точек, при чем <img src="/cache/referats/19238/image114.gif" v:shapes="_x0000_i1091"><img src="/cache/referats/19238/image116.gif" v:shapes="_x0000_i1092"> — векторы нормальныхускорений; <img src="/cache/referats/19238/image118.gif" v:shapes="_x0000_i1093"> — векторытангенсальных ускорений.

Определим значения и длины отрезков нормальных ускорений:

<img src="/cache/referats/19238/image120.gif" v:shapes="_x0000_i1094"> (м/с2),

вмасштабе плана <img src="/cache/referats/19238/image122.gif" v:shapes="_x0000_i1095"> (мм).

(м/с2),

вмасштабе плана <img src="/cache/referats/19238/image126.gif" v:shapes="_x0000_i1097"> (мм).

Выполним построения длянахождения точки C(рис.13, 15, 18):

1)

Для этого из точки b плана ускоренийоткладываем параллельно звену BC отрезок <img src="/cache/referats/19238/image128.gif" v:shapes="_x0000_i1098"> (нормальноенаправление ускорения) по направлению в сторону движения от точки С к точке В.Перпендикулярно BC проводим через конец этого отрезка линию — тангенсальноенаправление ускорения.

2)

Из полюса p плана ускорений откладываем параллельнозвену CDотрезок <img src="/cache/referats/19238/image130.gif" v:shapes="_x0000_i1099"> (нормальноенаправление ускорения) по направлению в сторону движения от точки С к точке D. Перпендикулярно CD проводим через конец этого отрезка линию — тангенсальное направление ускорения.

3) Пересечением 2-линий тангенсальныхнаправлений получится точка

4)

Находим величину ускоренияточки С из плана ускорений:

<img src="/cache/referats/19238/image134.gif" v:shapes="_x0000_i1101"> (м/

c)

Построим ускорение точки Е для заданий№1,3

(рис.13, 18):

Ход построения ускорения точки Еаналогичен скорости. Т.к. точка Е принадлежит звену CD, значит, направленияускорений точек С и Е совпадают, а длина вектора

<img src="/cache/referats/19238/image136.gif" v:shapes="_x0000_i1102"> находится из пропорции:

<img src="/cache/referats/19238/image140.gif" v:shapes="_x0000_i1104"> (мм)

Откладываем из полюса

<img src="/cache/referats/19238/image142.gif" v:shapes="_x0000_i1105"> параллельно вектору <img src="/cache/referats/19238/image132.gif" v:shapes="_x0000_i1106"> длину вектора <img src="/cache/referats/19238/image145.gif" v:shapes="_x0000_i1107"> — получаем точку E на плане ускорений.

Построим ускорение точки Е для задания №2

(рис.15):

Ход построения ускорения точки Е аналогичен скорости, поэтому:

<img src="/cache/referats/19238/image147.gif" v:shapes="_x0000_i1109"> (мм)

Находим величину ускоренияточки Eиз плана:

<img src="/cache/referats/19238/image149.gif" v:shapes="_x0000_i1110"> (м/

c)

Определим значение и длину отрезка на плане нормального ускорения <img src="/cache/referats/19238/image151.gif" v:shapes="_x0000_i1111">

<img src="/cache/referats/19238/image153.gif" v:shapes="_x0000_i1112"> (м/с2),

вмасштабе плана <img src="/cache/referats/19238/image155.gif" v:shapes="_x0000_i1113"> (мм).

Выполним построения длянахождения ускорения точки F(рис.13, 15, 18):

1)

Для этого из точки e плана ускорений откладываем параллельнозвену EFотрезок <img src="/cache/referats/19238/image157.gif" v:shapes="_x0000_i1114"> (нормальноенаправление ускорения) по направлению в сторону движения от точки F к точке E. Перпендикулярно EF проводим через конец этого отрезка линию- тангенсальное направление ускорения.

2)

Через полюс p плана ускорений проводим линиюпараллельную оси x-x.

3) Пересечением 2-х направлений получитсяточка

F– вектор <img src="/cache/referats/19238/image159.gif" v:shapes="_x0000_i1115">

4)

Находим величину ускоренияточки Fиз плана ускорений:

<img src="/cache/referats/19238/image161.gif" v:shapes="_x0000_i1116"> (м/

c)

Ускорения центров масс звеньев лежат насерединах соответствующих отрезков:

S1 на <img src="/cache/referats/19238/image107.gif" v:shapes="_x0000_i1117">S2 — <img src="/cache/referats/19238/image091.gif" v:shapes="_x0000_i1118">S3 — <img src="/cache/referats/19238/image132.gif" v:shapes="_x0000_i1119">S4 — <img src="/cache/referats/19238/image094.gif" v:shapes="_x0000_i1120">S5=<img src="/cache/referats/19238/image159.gif" v:shapes="_x0000_i1121">

РАСЧЕТ 2-го ЛИСТА

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

Длятого, чтобы привести в движение рычажный исполнительный механизм применяютэлектродвигатели.

По найденномууравновешивающему моменту <img src="/cache/referats/19238/image168.gif" v:shapes="_x0000_i1122"> исполнительного механизма), определяют вращающиймомент на входном валу привода:

<img src="/cache/referats/19238/image170.gif" v:shapes="_x0000_i1123"> (Нм)

где <img src="/cache/referats/19238/image168.gif" v:shapes="_x0000_i1124"> – уравновешивающаясила, <img src="/cache/referats/19238/image173.gif" v:shapes="_x0000_i1125"> – длина кривошипа AB, <img src="/cache/referats/19238/image175.gif" v:shapes="_x0000_i1126"> – коэффициент запаса,определяемый в зависимости от неучтённых нагрузок, степени влияния сил и моментовтрения, ошибки в положении силового расчета, условий эксплуатации и др.<img src="/cache/referats/19238/image177.gif" v:shapes="_x0000_i1127"><img src="/cache/referats/19238/image179.gif" v:shapes="_x0000_i1128">

Находиммощность на валу кривошипа:

<img src="/cache/referats/19238/image181.gif" v:shapes="_x0000_i1129"> (Вт)

где <img src="/cache/referats/19238/image183.gif" v:shapes="_x0000_i1130"><img src="/cache/referats/19238/image185.gif" v:shapes="_x0000_i1131">

Рисунок 1-Кинематическая схема

Определяютмощность на валу электродвигателя:

<img src="/cache/referats/19238/image189.gif" v:shapes="_x0000_i1132"> (Вт)

где <img src="/cache/referats/19238/image191.gif" v:shapes="_x0000_i1133">

где <img src="/cache/referats/19238/image195.gif" v:shapes="_x0000_i1135"><img src="/cache/referats/19238/image197.gif" v:shapes="_x0000_i1136"> – КПД открытойзубчатой цилиндрической передачи; <img src="/cache/referats/19238/image199.gif" v:shapes="_x0000_i1137"> – КПД подшипниковкачения.

По найденной мощности <img src="/cache/referats/19238/image201.gif" v:shapes="_x0000_i1138"> определяют типтрехфазного асинхронного электродвигателя, наиболее подходящего для конкретныхусловий работы (Таблица 1).

Трехфазные асинхронныеэлектродвигатели, наиболее распространенные в различных отраслях народного хозяйства;их преимущества по сравнению с двигателями других типов: простота конструкции,меньшая стоимость, более высокая эксплуатационная надежность. При выполнениикурсовых проектов следует выбирать для приводов именно эти двигатели.

Рисунок 2 — Внешний вид электродвигателя

<img src="/cache/referats/19238/image203.gif" v:shapes="_x0000_s1063 _x0000_s1060 _x0000_s1062">
Таблица 1 — Трехфазные асинхронные электродвигатели общего назначения

Мощность,

КВт

Частота вращения,

1500 об/мин

Типоразмер

Двигателя

0,55

4А71А4У3

0,75

4А71В4У3

1,1

4А80А4У3