Синтез

Министерство высшего и профессионального образования РФ

Томский политехнический университет

Кафедра прикладной механики

Расчётно-пояснительная записка

к курсовому проекту по теории механизмов и машин

Синтез плоского кулачкового механизма

Выполнил: Шляпин Н.Л.

студент группы 4В11

Руководитель: профессор

Ан И Кан

Томск – 2002

Содержание:

Масштаб закона движения кулачка………………………………………………………………………………………………………………..3

Масштабы графиков первой производной……………………………………………………………………………………………………3

Масштабы графиков второй производной……………………………………………………………………………………………………4

Выбор минимального радиуса кулачковой шайбы……………………………………………………………………………………..4

Обоснование метода профилирования кулачка…………………………………………………………………………………………5

Выбор радиуса ролика……………………………………………………………………………………………………………………………………………5

Силовой расчёт…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………5

Литература ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………7

Синтез плоского кулачкового механизма

Синтез плоского кулачкового механизма проведём по методике изложенной: Горбенко В.Т. Горбенко М.В. Синтез кулачковых механизмов с вращающимся кулачком с поступательно движущимся и коромысловым роликовыми толкателями.

Масштаб закона движения кулачка

Вычерчивается в масштабе график: S_c=S_c( ).

Для коромыслового толкателя линейное перемещение точки С конца толкателя:

S_c= мм.

где L - длина коромысла, мм,

- размах (ход) коромысла в радианах:

.

В зависимости от формата выбираем линейный масштаб перемещения (мм/мм). Тогда высота графика h будет:

угловой масштаб , 1/мм.

1/мм.

При заданной частоте вращения кулачка n об/мин масштаб времени:

с/мм,

где L – длина графика S - (принимается в зависимости от формата чертежа).

Масштабы графиков первой производной

Приняв полюсное расстояние H, методом графического дифференцирования (метод касательных или метод хорд) строятся графики первой производной или - аналоги скоростей. Масштабы графиков:

,где

ММ

Масштабы линейных и угловой (для коромыслового толкателя) скоростей этих графиков определяется из выражений:

,

1. По заданным давления или передачи движения находится область возможных положений центра вращения кулачка и определяются размеры кулачкового механизма: радиус кулачка, величина смещения, расстояние между центрами вращения кулачка и коромысла.

2. При выбранных размерах кулачка и заданному закону движения толкателя, используя метод обращения движения, строится теоретический профиль кулачка.

3. Выбрав (определив) радиус ролика r_p строим практический профиль кулачка.

Масштабы графиков второй производной

1. Для определения линейного или углового ускорения строим график: а=а(t) или , для чего следует продифференцировать график V=V(t) или . Масштабы этих графиков будут:

Здесь - полюсное расстояние при вторичном дифференцировании. Масштабы аналогов ускорений:

,

2. Выбрав положение центра вращения кулачка (в области возможных его положений) и, соединив его с концами отрезков на графиках , определяются углы передачи движения и строится график .

Выбор минимального радиуса кулачковой шайбы

По заданному закону движения производим разметку положений точек коромысла. Пусть это точки 1, 2, 3, … Разметку производим как для фазы подъёма, так и для фазы опускания. Далее, на лучах откладываем отрезки А1, А2, … Отрезки для фазы подъёма откладываем вправо, а отрезки соответствующие фазе опускания, откладываем влево от точек 1, 2, …

Далее проводим прямую под углом 90 – , - выбранный максимальный угол давления, то прямая является геометрическим местом точек. Проводим вторую прямую под углом равным минимальному углу передачи движения. Угол откладывать от прямой проходящей через начальную точку. Область находящаяся ниже точки пересечения этих прямых и ограничивающаяся ими будет являться областью возможного нахождения оси вращения кулачка.

Механизм будет обладать наименьшими габаритами кулачка в точке О.

Обоснование метода профилирования кулачка

Наиболее целесообразно оказывается применение метода обращения движения. Суть этого метода заключается в том, что всему механизму в целом придают вращение с угловой скоростью, равной по величине, но противоположной по направлению, того звена, которое необходимо сделать неподвижным. Следовательно, подвижное начальное звено, имеющее сложный профиль, условно считающийся неподвижным, а стойку вращают в противоположном направлении. Такое обращение называют обращённым движением. Относительное положение всех звеньев, в том числе входного и выходного звеньев, при обращении движения не изменяется.

Выбор радиуса ролика

Радиус ролика в силовых механизмах назначают по условию контактной прочности, т.е. с учётом ширины ролика, механических свойств материалов рабочих поверхностей ролика и кулачка и заданной долговечности. В кинематических передачах геометрическим ограничением являются допустимые ошибки положения и отсутствие самопересечения конструктивного профиля, когда радиус ролика ошибочно назначают больше, чем минимальный радиус кривизны на каком либо участке центрового профиля. На практике применяют Rp 0.4 _{k min}

Силовой расчёт

Для дальнейшего расчёта на прочность деталей кулачкового механизма выполняем силовой расчёт – определяем силы действующие на звенья механизма, реакции в кинематических парах (R_0.1 R_1.2 R_0.2) и величину уравновешивающего момента (М_у), приложенного к кулачку.

Толкатель:

строим план сил из него:

Кулачок:

Сумма моментов относительно точки о:

HM

Вывод:

Одним из основных достоинств кулачковых механизмов является лёгкость синтеза, то есть получения профиля кулачка с большой степенью точности, удовлетворяющему заданному закону движения толкателя. В кулачковом механизме легко осуществить движение ведомого звена-толкателя с остановками, при непрерывном движении кулачка.

Недостатком является повышенное удельное давление а, следовательно, повышенный износ элементов высшей кинематической пары, что в свою очередь, приводит к искажению закона движения толкателя. Также кулачковый механизм обладает низким КПД, вследствие увеличения угла давления. При КПД примерно равном нулю, кулачковый механизм может заклиниваться. Тогда для устранения возможности заклинивания, ставится условие, чтобы угол давления во всех положениях механизма был меньше критического, при котором КПД=0.

Литература

1. Горбенко В.Т. Теория механизмов и машин. Содержание и методические указания по выполнению курсового проекта. –Томск: ТПИ,1988.

2. Горбенко В.Т. Горбенко М.В. Синтез кулачковых механизмов с вращающимся кулачком с поступательно движущимся и коромысловым роликовыми толкателями. –Томск: ТПУ,199.

3. И.И. Артоболевский. Теория механизмов и машин. –М.: Наука, 1975.

4. Ливитский Н.И. Теория механизмов и машин. –М.: Наука,1979.

5. Попов Н.П. Расчёт и проектирование кулачковых механизмов. –М.: Машиностроение, 1965.

6. Кореняко А.С., Кременштейн Л.И. и др. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. –Киев: Высша школа, 1970.