Основы проектирования и конструирования машин

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 

Кафедра проектирования механизмов и подъема транспортных машин 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине

«Основы проектирования и  конструирования  машин» 
 
 

Выполнил студент  группы МП-081 Черных Е.А.

Руководитель ____________________ Нилов В.А.

                          ^{Подпись}     

Защищена ____________ Оценка _____________

                       ^Дата 
 
 
 
 
 

Воронеж 2009 

 
 
 

ЗАДАНИЕ - 13;  ВАРИАНТ - 7.

Дано: l_ab=0.45м; l_bc=1.7м; l_cd=1.5м; l_ce=0.3м; l_ef=1.9м; w₁=16рад/c.

Доп. данные: P_c=2000 (Н);  q=10 (кг/м) 
 
 
 

Содержание 

Задание                    2

Структурный анализ механизма                4

Построение плана  скоростей                 4

Построение плана  ускорений                 7

Определение уравновешивающей силы Р_у методом планов сил           9

Определение уравновешивающей силы Р_у с помощью рычага Жуковского       13

Выбор двигателя. Кинематический расчет привода           14

Выбор материала  зубчатой передачи             16

Определение допускаемых  напряжений             16

Расчет закрытой цилиндрической зубчатой передачи           17

Расчет валов                 18

Конструирование зубчатого колеса              19

Конструирование корпуса редуктора             20

Расчет шпоночных  соединений              21

Выбор подшипников                23

Технико-экономическое  обоснование             24

Проектный расчет цилиндрической передачи            25

Список литературы                26  
Структурный анализ механизма 

     Кривошипно-рычажный  механизм состоит из следующих  звеньев: 0 - стойки A,D,x-x, 1 - кривошипа  AB, 2 - шатуна ВE, 3 - кривошипа CD, 4 - шатуна FE, 5 - ползуна F (количество подвижных  звеньев n=5); и семи кинематических  пар 5-го класса: 1 - стойка-кривошип(AB), 2 - кривошип(AB)-шатун(BC), 3 - шатун(BCE)-кривошип(CD), 4 - кривошип(CD)-стойка(D), 5 - шатун(BCE)-шатун(EF), 6 - шатун(EF)-ползун(F), 7 - ползун(F)-направляющая(x-x).

     Число  W cтепеней свободы плоского механизма  находим по формуле Чебышева:

W=3*n-2*p₅-p₄,

где n - число  подвижных звеньев; p₄, p₅ - число кинематических пар 4-го и 5-го классов соответственно.

W=3*5-2*7-0=1 , таким  образом, наш механизм обладает  одной степенью свободы и содержит  только одно ведущее звено  (кривошип AB), т.е. звено, закон  движения которого задан.

     Разбиваем  механизм на структурные группы  Ассура: группа 4-5 (II-класс), группа 2-3 (II-класс), ведущее звено 0-1(I-класс). Формула  строения механизма имеет вид: I(0,1) -> II(2,3) -> II(4,5).

 

Построение  плана скоростей 

     Построение  планов скоростей и ускорений  производится на основе последовательного  составления векторных уравнений  для точек звеньев механизма,  начиная с ведущего звена AB, угловая скорость которого задана (w₁=16 рад/с).

     Скорость  точки B находится из выражения:

V_b=w₁*l_ab=16*0.45=7.2 (м/с)

Вектор скорости pb точки В направлен в сторону  вращения (см. направление w₁) ведущего звена, из точки p (полюс) перпендикулярно звену AB.

     Из  точки p, условно принятый за  полюс плана скоростей, откладываем  в направлении вращения кривошипа  вектор скорости точки B, равный <pb>=150 мм. Длину отрезка <pb>, выражающего скорость точки B можно выбирать произвольно, сообразуясь только с размерами формата листа (обычно <pb>=50...100 мм). Определяем масштаб построения плана скоростей:

m_v=V_b/<pb>=7.2/150=0.048 (м*c^-1/мм)

     Скорость  точки С находим из графического  решения системы векторных уравнений:

ìV_c=V_b+V_cb,

îV_c=V_d+V_cd;

где V_b,V_c,V_d - векторы абсолютных скоростей точек; V_cb,V_cd - векторы относительных скоростей точек (например, V_cb - вектор скороcти точки C относительно (вокруг) точки B). Скорость точки D равна нулю V_d=0 (на плане скорость совпала с полюсом p),  значит V_c=V_cd. Скорости V_cb и V_cd перпендикулярны соответственно BC и CD.

     Т.к.  векторная система уравнений  представляет собой графически  замкнутый контур (треугольник) с  двумя неизвестными векторами  (V_cb и V_c), то данная система решается графически. Для этого через точку b (на плане скоростей) проводим прямую перпендикулярно звену CB, а через полюс плана скоростей прямую перпендикулярно звену CD. Точка пересечения этих двух прямых даст точку с, которая является концом вектора pc изображающего абсолютную скорость точки С.

Из построенного плана находим:

V_c=V_cd=<pc>*m_v=30*0.048=1.4 (м/c)

V_cb=<cb>*m_v=150*0.048=7.2 (м/c)

     Т.к.  точка Е находится на продолжении  звена BC, поэтому можно найти  вектор pe из следующей пропорции:

<be>/<bc>=l_be/l_bc  =>  <be>=<bc>*l_be/l_bc

<be>=150*2/1.7=176 (мм)

Строим скорость точки Е. Откладывая отрезок <be>=176 мм из точки b по направлению к точке  с, получим точку е:

V_e=<pe>*m_v=41*0.048=2 (м/c)

     Скорость  точки F находим из графического  решения системы векторных уравнений:

ì V_f=V_e+V_fe,

î V_f=V_x+V_xx;

где V_x=0 т.к. направляющая ось x-x неподвижна; cкорость V_xx параллельна оси xx; относительная скорость V_fe перпендикулярна звену EF.

     Для  нахождения вектора pf необходимо  из точки e провести линию перпендикулярно  звену EF, а из полюса p линию  параллельную оси x-x. Пересечением  этих двух прямых будет точка  f вектора pf.

Из построенного плана находим:

V_f=<pf>*m_v=41*0.048=2 (м/c)

V_fe=<fе>*m_v=5*0.048=0.2 (м/c)

Из плана находим  величины скоростей ps₁,ps₂,ps₃,ps₄,ps₅:

Vs₁=<ps₁>*m_v=75*0.048=3.6 (м/c)

Vs₂=<ps₂>*m_v=66*0.048=3.2 (м/c)

Vs₃=<ps₃>*m_v=15*0.048=0.7 (м/c)

Vs₄=<ps₄>*m_v=41*0.048=2 (м/c)

Vs₅=<ps₅>*m_v=V_f=2 (м/c)

     Находим  угловые скорости w₂,w₃,w₄ для звеньев 2,3,4 соответственно:

w₁=16 (рад/c) - из исходных данных

w₂=V_cb/l_bc=7.2/1.7=4.2 (рад/c)

w₃=V_c/l_cd=1.4/1.5=0.9 (рад/c)

w₄=V_fe/l_fe=0.2/1.9=0.1 (рад/c)

     Направление w₂ определим, перенеся вектор cb скорости V_cb в точку C плана механизма и, рассматривая движение точки С относительно точки B. Таким образом, w₂ направлена против часовой стрелки. Аналогично переносим вектор pc скорости V_c в точку С и получаем вращение w₃ против часовой стрелки. Перенеся вектор fe скорости V_fe в точку F, получаем направление w₄ против часовой стрелки. 

Построение  плана ускорений 

     Определим  ускорение точки B, совершающей  равномерное движение (тангенсальная  составляющая отсутствует) по  окружности с радиусом кривошипа  AB:

a_b=w₁²*l_ab=16²*0.45=115.2 (м/c²)

     Найденное  ускорение точки b изображаем  на плане ускорения с помощью  отрезка Пb, длину которого выбираем  произвольно (аналогично плану  скоростей). П - полюс плана ускорений.  Итак, принимаем <Пb>=200 мм. Тогда  масштаб плана ускорений равен:

m_a=a_b/<Пb>=115.2/200=0.576 (м/c²/мм)

Т.к. вектор ускорения  Пb точки B состоит только из нормальной составляющей (потому, что w₁=const), то вектор Пb направлен параллельно звену AB. Откладываем из полюса П длину вектора <Пb> в направлении к центру вращения точки B(т.е. от точки B к точке A)

     Рассматривая  движение точки C, сначала по  отношению к точке B, а затем  по отношению к точке D, запишем  систему в виде двух векторных  уравнений:

ì a_c=a_b+a_cb^t+a_cbⁿ,

î a_c=a_d+a_cd^t+a_cdⁿ;

где a_d=0, т.к. опора D не двигается (ускорение точки D совпало с полюсом П); a_cb^t и a_cd^t - тангенсальные ускорения точек C вокруг B и точки С вокруг D соответственно (направлены перпендикулярно звеньям BC и CD); a_cbⁿ и a_cdⁿ - нормальные ускорения точек C вокруг B и точки С вокруг D (направлены параллельно звеньям BC и CD соответственно) и численно равны:

a_cbⁿ=V_cb²/l_bc=7.2²/1.7=30.5 (м/c²)

a_cdⁿ=V_cd²/l_cd=1.4²/1.5=1.3 (м/c²)

     Определяем  длины отрезков <a_cbⁿ> и <a_cdⁿ> для построения плана:

<a_cbⁿ>=a_cbⁿ/m_a=30.5/0.576=53 (мм)

<a_cdⁿ>=a_cdⁿ/m_a=1.3/0.576=2 (мм)

     Находим  ускорение точки C. Для этого  из точки b плана ускорений  откладываем параллельно звену  BC отрезок <a_cbⁿ> (нормальное направление ускорения) по направлению в сторону движения от точки С к точке В, и перпендикулярно BC проводим через конец этого отрезка прямую; (тангенсальное направление ускорения). Из полюса П откладываем параллельно звену CD отрезок <a_cdⁿ> (нормальное направление ускорения) по направлению движения от точки С к точке D, и перпендикулярно CD проводим через конец этого отрезка прямую (тангенсальное направление ускорения).Точкой пересечения этих двух прямых будет вектор Пc. Найдем его численное значение:

a_c=<Пc>*m_a=144*0.576=82.9 (м/c²)

Из построенного плана находим  значения тангенсальных  ускорений:

a_cb^t=<cb^t>*m_a=24*0.576=13.8 (м/c²)

a_cd^t=<cd^t>*m_a=144*0.576=82.9 (м/c²)

     Аналогично  плану скоростей найдем ускорение  точки е, составив пропорцию:

<be>/<bc>=l_be/l_bc  =>  <be>=<bc>*l_be/l_bc