Исследование рычажного механизма

Содержание

 

Введение………………………………………………………………….5

1 Исследование рычажного механизма ……………………………………...6

1.1 Структурный анализ механизма………………………………………….6

1.1.1. Степень подвижности механизма………………………………………6

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

1.1.2. Строение механизма…………………………………………………….6

1.2. Кинематический анализ механизма………………………………………7

1.2.1. Построение планов положений механизма…………………………….7

1.2.2. Построение планов скоростей…………………………………………. 8

1.2.3. Построение планов ускорений………………………………………….10

1.2.4. Построение кинематических диаграмм………………………………..11

1.3. Кинематическое исследование механизма………………………………13

1.3.1. Расчет сил тяжести и инерционных нагрузок…………………………13

1.3.2. Определение реакций в кинематических парах……………………….14

1.3.3. Рычаг Жуковского……………………………………………………….16

1.3.4. Определение средней мощности на валу кривошипа…………………16

2. Проектирование привода общего назначения……………………………..16

2.1. Выбор электрического двигателя…………………………………………17

2.2. Энергокинематический расчет привода…………………………………17

2.3. Выбор материала для зубчатых колес…………………………………….18

2.4. Определение допускаемых напряжений………………………………….19

2.5. Расчет зубчатых колес……………………………………………………..20

2.6. Предварительный расчет валов……………………………………….......23

2.7. Определение конструктивных размеров зубчатых колес и корпуса…...25

2.8. Первый этап компановки редуктора……………………………………...25

2.9. Проверка долговечности подшипников………………………………….26

2.10. Выбор и проверочный расчет шпонок………………………………….30

2.11. Проверочный расчет валов………………………………………………31

Заключение……………………………………………………………………..36

Список использованной литературы………………………………………….37

Введение

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать по схеме редуктора, открытые передачи, цепные и ременные передачи. Указанные механизмы являются наиболее распространенной тематикой курсового проектирования.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполняемые в виде отдельных агрегатов называются ускорителями или мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса, в котором помещают элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают так же устройства для смазывания зацепления и подшипников или устройства для охлаждения.

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организованно серийное производство.

Редукторы классифицируют по следующим признакам: типу передачи; числу ступеней; типу зубчатых колес; относительному расположению валов редуктора в пространстве; особенностям кинематической схемы.

Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые редукторы.

Исследование рычажного механизма

Кинематическое исследование механизма

Кинетостатическое исследование механизма проводится с целью определения сил реакций в кинематических парах, уравновешивающей силы и мощности на валу кривошипа. В основе исследования лежат два принципа: Даламбера и статической определимости. Первый применительно к механизмам формулируется следующим образом. Если к механизму приложить все внешние силы, силы реакции в кинематических парах и инерционные нагрузки, его можно рассматривать как механизм, находящийся в равновесии. К нему применимы уравнения статики. Принцип статической определимости заключается в необходимости равенства числа неизвестных составляющих реакций количеству возможных уравнений равновесия. В механизмах статически определимыми являются структурные группы Ассура.

 

Рычаг Жуковского

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

Вспомогательный рычаг Жуковского представляет собой план скоростей механизма, довернутый на 90° в любую сторону и принимаемый за абсолютно твердое тело, имеющее возможность вращаться вокруг

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

неподвижной точки - полюса плана скоростей. В соответствии с теоремой Жуковского, если механизм под действием заданной системы сил находится в равновесии, то и рычаг Жуковского также находится в равновесии. Он используется для определения уравновешивающей силы без кинетостатического расчета. В курсовом проекте силу определяют при помощи рычага и сравнивают ее со значением , полученным при силовом расчете.

Построим повернутый план скоростей для рассматриваемого 3-го положения механизма в произвольном масштабе. В точку плана приложим силы сопротивления , а в точку - уравновешивающую силу . Составим уравнение равновесия, которое заключается в равенстве суммы моментов всех сил относительно полюса плана нулю:

В соответствии с уравнением:

отрезок измерим непосредственно на чертеже, сравним полученные значения и и вычислим погрешность расчетов:

Расчет зубчатых колес

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

Расчет производится на выносливость по контактным напряжениям. Межосевое расстояние передачи определяется по формуле

Для прямозубых колес коэффициент равен 49,5, для косозубых и шевронных - 43,0.

Выбрав значения коэффициентов ; ; , рассчитаем .

Примем .

Нормальный модуль зацепления рассчитаем по следующей формуле:

.

Примем .

Определим число зубьев шестерни и колеса:

Примем , тогда ,

Определим диаметры делительных окружностей до сотых долей миллиметра:

Проверим межосевое расстояние:

Основные размеры шестерни и колеса:

диаметр вершин зубьев шестерни

диаметр вершин зубьев колеса

ширина зубчатого колеса

ширина шестерни .

Найдем окружную скорость колес:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

В зависимости от величины окружной скорости назначают степень точности изготовления зубчатых колес для косозубых колес - 8-ю степень.

После установления окончательных размеров шестерни и колеса необходимо проверим величину действительных контактных напряжений, так как после уточнения размеров колес передачи можно уточнить и коэффициент:

При скорости и 8-й степени точности: , прямозубая передача; выберем . ; при твердости , симметричном расположении колес и .

Величина действительных контактных напряжений:

Напряжение изгиба определим по формуле:

где коэффициент нагрузки , учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зуба, и коэффициенты выбираем из таблиц 3.11, 3.12,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

Таким образом, прочность спроектированных шестерни и колеса по контактным напряжениям изгиба достаточна дли нормальной работы.

 

Предварительный расчет валов

На данном этапе проектирования определить величину изгибающего вал момента невозможно, поэтому предварительный расчет валов произведем на участке, нагруженном крутящим моментом по пониженным допускаемым напряжениям кручения: τ = 20 - 25 МПа. Для ведущего вала:

Примем ближайшее к рассчитанному большее значение из стандартного ряда: .

Сконструируем ведущий вал редуктора. От входного конца диаметром 25мм выполним ступеньку под посадку подшипника качения, диаметр которой на 3 - 8 мм больше примем , для радиального упора подшипника предусмотрим буртик на 5 мм больше . Шестерня может быть изготовлена с валом или отдельно (насадная) .

Диаметр ведущего вала на участке установки шестерни

Для ведомого вала:

Округлив полученную величину до рекомендованных значений стандартного ряда, примем , диаметр вала предназначенного для установки подшипника, , колеса - . Диаметры остальных участков назначим исходя из конструктивных соображений при компоновке редуктора.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

2.5 Определение конструктивных размеров колес и корпуса редуктора

Шестерню предполагаем изготовить из кованой заготовки размерами , . Остальные параметры определим конструктивно: длину ступицы и толщину диска примем равными ширине .

Зубчатое колесо выполним из кованой заготовки размерами , и . Диаметр ступицы , длина . Принимаем ; толщина обода . Принимаем ; толщина диска . Принимаем . Определим конструктивные размеры корпуса.

Толщина стенок корпуса и крышки . С учетом условия изготовления корпуса методом литья из чугуна рекомендуется принимать . Выберем корпус чугунный литой . Толщина фланцев корпуса и крышки равна: верхнего пояса

корпуса , нижнего пояса крышки , нижнего (фундаментного) пояса корпуса . Принимаем .

Диаметр болтов равен: фундаментных, крепящих редуктор к основанию . Принимаем болты с резьбой М18 (табл. 3.14 [7]). Диаметр болтов, крепящих крышку к корпусу у подшипников качения, . Принимаем болты с резьбой М14. Диаметр болтов, крепящих крышку к корпусу редуктора, . Выберем болты с резьбой М10.

Уточнение расчетов валов

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

ПР-02069964-140106-82-11-ПЗ

Практикой установлено, что основным видом разрушения валов является усталостное, поэтому уточненный расчет валов ведется на сопротивление усталостным нагрузкам и разрушениям. Он заключается в определении коэффициентов запаса прочности S для опасных сечений и сравнении их с допускаемыми значениями [S]. Прочность считается достаточной при условии S < [S].

Проведем расчеты ведущего и ведомого валов. Ведущий вал построим от внешних нагрузок эпюры изгибающих и крутящих моментов по его длине. Он выполнен из улучшенной стали 40Х. Среднее значение σ_в = 430 МПа. Определим предел выносливости при симметричном цикле изгиба: σ_-1 = 0,43 σ_в = 0,43∙430 = 430 МПа. Предел выносливости для касательных напряжений τ_-1= 0,58 ∙ σ_-1 = 0,58Ч400 = 232 МПа.

В сечении А-А: Концентрация напряжений обусловлено наличием шпоночной канавки шириной В = 10 мм; глубиной t₁ = 5 мм при диаметре вала d₁ = 35 мм, Т₁ = 172∙10³ Н∙мм.

Коэффициент запаса прочности при отсутствии изгиба

 

Амплитудное и среднее значение напряжений от нулевого цикла:

 

 

Применим К_r =1,3; ε_r = 0,75; Ψ_r = 0,1 по таблице 3.5.

S > [S], 5,2 >2,5

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

Так как коэффициент запаса прочности немного больше допускаемого в опасном сечении, то нет необходимости проверять другие сечения.

Выполним расчеты для ведомого вала. Построим эпюры изгибающих и крутящих моментов. Опасные сечения Г – Г середина колеса, максимальные нагрузки, концентратор – шпоночная канавка, зубы колеса.

Ведомый вал. Материал вала сталь 45 нормализованная, σ_в = 570 МПа;

σ_-1 = 0,43_*σ_в = 0,43 _* 570 = 246 МПа, τ_-1 = 142 МПа.

В сечении Г – Г диаметр вала равен 55 мм, шпоночная канавка В = 16 мм, t₁ = 6 мм, коэффициенты К_σ = 1,59; К_τ = 1,49; Ψ_σ = 0,15, масштабный фактор ε_σ = 0,83 ε_τ = 0,72, крутящий момент Т₂ = 357∙10³ Н∙мм.

 

Изгибающий моменты:

в горизонтальной плоскости

в вертикальной плоскости

Момент сопротивления изгиба

амплитуда и среднее значение касательных напряжений

амплитуда нормальных напряжений от изгиба при среднем значении σ_m = 0.

Коэффициенты запаса прочности:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

Результирующий коэффициент запаса прочности в сечении Г – Г.

Так как коэффициент запаса прочности немного больше допускаемого в опасном сечении, то нет необходимости проверять другие сечения

 

Смазка узлов редуктора

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса в жидкое масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня h = m∙2,25 = 2∙2,25 = 4,5 мм. Объем масляной ванны: V = 0,25∙3,59 = 0,89 дм³. При скорости V= 1,44 м/с напряжениях σ_Н = 281 МПа рекомендуемая вязкость масла равна примерно 28 ∙ 10^-6 м²/с. По табл. 3.17[7] этому значению соответствует масло индустриальное И-4ОА ГОСТ 20799-75.

Камеры подшипников заполняем пластичным смазочным материалом УТ - 1, периодически пополняем его шприцем через пессмаслёнки.

С целью контроля уровня смазки используем масляный щуп. Заливку масла осуществим через смотровой люк на крышке редуктора, а для слива используем масляную пробку внизу корпуса.

 

Сборка редукторов

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса и крышки тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов. На ведущий вал устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80 - 100°С, в ведомый вал закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала, затем надевают распорную втулку и предварительно нагретые в масле шарикоподшипники.

Собранные валы укладывают в основание корпуса и надевают крышку, предварительно покрыв поверхности стыка крышки и корпуса лаком. Для центровки крышку устанавливают на два конических штифта и затягивают болты крепления крышки к корпусу. В подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку и ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулирования теплового зазора. Перед установкой сквозных крышек в их расточки запрессовывают резиновые монтажные уплотнения, проворачивают валы, чтобы убедиться, что подшипники не заклинило, и закрепляют крышки винтами, вворачивают пробку маслоспускного отверстия и жезловый указатель, через смотровой люк заливают масло до требуемого уровня, затем люк закрывают, установив картонную прокладку, и заворачивают винты, крепящие крышку.

Собранный редуктор обкатывают и испытывают на стенде по программе, установленной техническими условиями.

 

Заключение

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

Курсовая работа по прикладной механике - это самостоятельная итоговая работа по циклу общеинженерных дисциплин. Его задачей является овладение материалами структурного, кинематического, динамического исследования механизмов, а также основами расчета и проектирования деталей машин. Все методы расчетов и проектирования рассмотрены на примерах конкретных механизмов, что позволяет самостоятельно выполнить проект.

В данной работе объединены вопросы исследования рычажных механизмов и проектирования приводов к ним, что позволяет в рамках учебного проекта решать задачи, возникающие в условиях реального производства.

 

Содержание

 

Введение………………………………………………………………….5

1 Исследование рычажного механизма ……………………………………...6

1.1 Структурный анализ механизма………………………………………….6

1.1.1. Степень подвижности механизма………………………………………6

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

1.1.2. Строение механизма…………………………………………………….6

1.2. Кинематический анализ механизма………………………………………7

1.2.1. Построение планов положений механизма…………………………….7

1.2.2. Построение планов скоростей…………………………………………. 8

1.2.3. Построение планов ускорений………………………………………….10

1.2.4. Построение кинематических диаграмм………………………………..11

1.3. Кинематическое исследование механизма………………………………13

1.3.1. Расчет сил тяжести и инерционных нагрузок…………………………13

1.3.2. Определение реакций в кинематических парах……………………….14

1.3.3. Рычаг Жуковского……………………………………………………….16

1.3.4. Определение средней мощности на валу кривошипа…………………16

2. Проектирование привода общего назначения……………………………..16

2.1. Выбор электрического двигателя…………………………………………17

2.2. Энергокинематический расчет привода…………………………………17

2.3. Выбор материала для зубчатых колес…………………………………….18

2.4. Определение допускаемых напряжений………………………………….19

2.5. Расчет зубчатых колес……………………………………………………..20

2.6. Предварительный расчет валов……………………………………….......23

2.7. Определение конструктивных размеров зубчатых колес и корпуса…...25

2.8. Первый этап компановки редуктора……………………………………...25

2.9. Проверка долговечности подшипников………………………………….26

2.10. Выбор и проверочный расчет шпонок………………………………….30

2.11. Проверочный расчет валов………………………………………………31

Заключение……………………………………………………………………..36

Список использованной литературы………………………………………….37

Введение

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Лист

КП-02069964-140106-82-11-ПЗ

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать по схеме редуктора, открытые передачи, цепные и ременные передачи. Указанные механизмы являются наиболее распространенной тематикой курсового проектирования.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполняемые в виде отдельных агрегатов называются ускорителями или мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса, в котором помещают элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают так же устройства для смазывания зацепления и подшипников или устройства для охлаждения.

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организованно серийное производство.

Редукторы классифицируют по следующим признакам: типу передачи; числу ступеней; типу зубчатых колес; относительному расположению валов редуктора в пространстве; особенностям кинематической схемы.

Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые редукторы.

Исследование рычажного механизма