4 . Синтез кулачкового механизма.

В прототипе кулачковый механизм служит для поперечной подачи стола с обрабатываемой деталью. По аналогии с прототипом выбираем для фазы удаления-возвращения синусоидальный закон движения толкателя.

Рис. 3. Схема кулачкового механизма.

Фазовые углы:

Максимальное перемещение конца коромысла h = 51 мм.

Выбираем закон движения толкателя кулачкового механизма на фазах удаления и возвращения

а) на фазе удаления:

при

при

Углы и разбиваем на 6 равных частей каждый. Результаты расчетов занесены в табл. 2.

Таблица 2

№ точек		Фаза удаления (закон синусоидальный)
		, мм	, мм
0	0	0.00	0,00
1	1/6	1,471	86,76
2	1/3	9,971	34,03
3	1/2	25,5	81,17
4	2/3	41,03	137,16
5	5/6	49,53	214,1
6	1	51	0,00

Минимальный радиус кулачка R₀ и межосевое расстояние L₀ определяем из условия не заклинивания (_доп) на фазах удаления и возвращения: R₀ S_itg(90_доп), L₀(L²+R₀²)^0,5.

Затем строится действительный профиль кулачка – кривая, удаленная от центрового профиля на расстояние, равное радиусу ролика. За величину радиуса ролика выбирается наименьшее значение, полученное из сле­дующих условий: , , минимальный радиус кривизны центрового профиля кулачка. Принимаем .

6. Динамический синтез машины.

а) Построение положений несущего рычажного механизма. План скоростей.

Дано: H= 0,085 м. — ход рабочего звена;

Определяем размеры звеньев:

Значения, полученные из плана скоростей приведены в табл. 3.

Положение механизма	ω3, с-1	ω4, с-1	VS4, м/с	VS5, м/с
1	0,88	0,276	0,1006	0,1054
2	1,17	0,133	0,1325	0,1352
3	1,17	0,133	0,1268	0,1239
4	0,88	0,276	0,0882	0,0819
5	0,88	0,276	0,0882	0,0819
6	1,17	0,133	0,1266	0,1236
7	1,17	0,133	0,1323	0,1349
8	0,88	0,276	0,1004	0,1054

б) Расчет массы звеньев, их моментов инерции.

При определении массы звеньев, имеющих форму рычага, принимается, что масса распределена по длине равномерно с интенсивностью q =30 кг/м. Таким образом, масса звена:

m₁= L₁ q=0,085 30 = 2,55 кг.

m₃= L₃ q=0,333 30 =9,99 кг.

m₅= m₃ 2=19,98 кг.

Момент инерции рычагов относительно оси вращения:

J_S1=

При определении массы зубчатых колес предполагается, что они представляют собой сплошные диски шириной и диаметром, равным делительному диаметру . При этом ширина зубчатого колеса: , где a_w - межосевое расстояние; - коэффициент ширины зуба при консольном закреплении зубчатых колес:

Масса зубчатых колес:

где - плотность материала зубчатых колес ( для стали )

Момент инерции зубчатых колес:

При расчетах кулачков предполагается, что они представляют собой сплошные диски шириной и диаметрами, равным их среднему диаметру d_cp. Таким образом

где средний диаметр кулачка , а его ширина

Момент инерции кулачка

5. Момент инерции ротора электродвигателя

где - маховой момент электродвигателя.

Массу водила Н планетарной ступени редуктора находим с помощью формулы

С учетом этого

а момент инерции (как сплошного диска)

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.

Таблица 4.

Вид звена	Обозначение	Длина/ диаметр,м	Масса, кг.	Момент инерции, кг·м2
Кривошип Коромысло Ползун	OA BC Зв.5	0,085 0,450	m1=2,55 m3=9,99 m5=19,98	J1=0,0061 J3=0,369
Зубчатые колёса	Z1 Z2 Z3 Z4 Z5	0,020 0,045 0,110 0,0425 0,0525	mзк1=0,127 mзк2=0,644 mзк3=0,401 mзк4=0,143 mзк5=0,160	Jзк1=0,254.10-4 Jзк2=0,652.10-4 Jзк3=0,142.10-4 Jзк4=0,332.10-4 Jзк5=0,551.10-4
Водило	Н	0,1	mН=2,231	JН=50,5.10-4
Кулачок	k		mk=1,11	Jk=0,03649
Ротор	p			Jp=0,055

в) Расчет приведенных моментов инерции.

Приведенный к начальному звену момент инерции представляется в виде приведен­ных моментов основных механизмов машины: 1) электродвигателя; 2) зубчатого механизма (передачи); 3) несущего механизма; 4) кулачкового механизма.

1. Приведенный момент инерции электродвигателя

2. Приведенный момент инерции зубчатого механизма (передачи):

где - приведенный планетарного механизма.

передаточное отношение уравнительной пары зубчатых колес;

- момент инерции шестерни уравнительной пары зубчатых колес;

- момент инерции колеса уравнительной пары зубчатых колес;

При этом приведенный момент инерции планетарного механизма

где

Таким образом

3. Приведенный момент инерции несущего механизма;

Значения скоростей центров масс звеньев и угловых скоростей звеньев определяются из планов скоростей, построенных для всех положений механизма.

Планы скоростей строим в следующем порядке:

Звено 1 совершает вращательное движение относительно точки О со средней угло

вой скоростью

Скорость точки А (при вращательном движении звена ОА)

и при этом

Звено 2 совершает плоскопараллельное движение и поэтому скорость точки В

(a)

где

Звено 3 совершает колебательное движение относительно точки С с неизвестной угловой скоростью . Поэтому

,

Теперь в уравнении (а) известно направление (линия действия) всех векторов и ве­личина вектора

Строим графически векторное уравнение (а). Выбираем произвольно положение по­люса (точку р) и откладываем вектор Выбираем длину вектора

Масштабный коэффициент плана скоростей

Через точку а₁ проводим прямую параллельную BC , а через полюс р проводим прямую перпендикулярную BC. Пересечение этих прямых дает точку а₃.

Скорость точки C звена 3 находим методом подобия

При этом

, (б)

где — вектор вертикальный.

Строим графически векторное уравнение (б). Через точку проводим прямую вертикальную и на ней откладываем вектор , и через полюс р проводим вертикальную прямую. И через точку d проводим прямую перпендикулярную вертикальной и на пересечении получим точку е. Биссектриса между pd и ре даёт pS₄.

Угловые скорости звеньев:

Таблица 5.

№ пол.	pb, мм	Pе, мм	pS4, мм	ed, мм			VS4	VS5
0	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0.00
1	12,68	6,12	4,41	3,53	0,88	0,276	0,1006	0,1054
2	13,56	4,95	4,62	2,23	1,17	0,133	0,1325	0,1352
3	13,56	3,62	4,86	2,23	1,17	0,133	0,1268	0,1239
4	12,68	4,88	4,17	3,53	0,88	0,276	0,0882	0,0819
5	12,68	4,88	4,17	3,53	0,88	0,276	0,0882	0,0819
6	12,68	3,62	4,86	2,23	1,17	0,133	0,1266	0,1236
7	12,68	4,95	4,64	2,23	1,17	0,133	0,1323	0,1349
8	12,68	6,12	4,41	3,53	0,88	0,276	0,1004	0,1054

4. Приведенный момент инерции кулачкового механизма.

где - приведенный момент инерции коромысла

При

Этими значениями можно пренебречь по сравнению с

Результаты расчетов приведенных моментов инерции сводим в таблицу 6.

Таблица 6.

Пол. шипа ОА	Приведенный момент инерции, кг м2
	J дв.пр.	J пер.пр.	J к.пр.	Jнес.пр.
0	0,741	0,15568	0,01885	0,00610
1	0,741	0,15568	0,01885	0,03228
2	0,741	0,15568	0,01885	0,05099
3	0,741	0,15568	0,01885	0,04790
4	0,741	0,15568	0,01885	0,02781
5	0,741	0,15568	0,01885	0,00610
6	0,741	0,15568	0,01885	0,04783
7	0,741	0,15568	0,01885	0,03255

Значения приведенного момента инерции станка в различных его положениях вычисляем как:

где J_Max - момент инерции маховика.

Приведенный момент инерции машины можно также представить:

Дополнительная маховая масса (маховик) устанавливается на одном из валов с целью снижения динамической нагрузки, повышения к.п.д. машины, обеспечения требуемого зна­чения коэффициента неравномерности движения - постоянная составляющая, а - переменная составляющая приведенного момента инерции машины.

Для определения момента инерции маховика строится – зависимость — диаграмма энергомасс следующим образом:

Строим график момента сил сопротивления М_С=f(₁) определяя для всех положений:

где F_max=3500 H – сила сопротивления по диаграмме нагрузок.

Затем, интегрируя график М_с=f(₁), получаем график работы сил сопротивления А_с=f(₁), из которого соединяя прямой линией начальную и конечную точку графика получим график работы движущих сил А_с=f(₁). Масштаб графиков работ: _А=_м_OP, где _м и _ – масштабы момента и угла поворота кривошипа ОА соответственно, OP– полюсное расстояние при графическом интегрировании. h=16 мм

_=0,0628

_м=5 Н/мм

_А=160,06285=5

По графику работ определяем приращение кинетической энергии: T_i = Адi Асi. График получается вычитанием ординат графика А_с = f (t) из ординат

графика Ад = f(t).

Ординаты графиков и их значения сводим в таблицу 7.

б) в соответствии с таблицами 6 и 7 строим зависимость — диаграм­му энергомасс.

Масштабы:

Таблица 7

№ пол.	град	длина отрезка (Ас-АД) мм	Дж	Jнес.пр.
0	0,0	0	0	0,0152
1	73,43`	10,02	10,02	0,0526
2	79,10`	42,95	42,95	0,0693
3	79,33`	77,31	77,31	0,0808
4	77,35`	101,02	101,02	0,0525
5	65,12`	95.96	95.96	0,0152
6	0	63,97	63,97	0,0808
7	0	31,99	31,99	0,0808
0	0	0	0	0,0152

К полученному графику проводятся касательные, наклоненные к оси под углами

Теперь , .

Из диаграммы энергомасс определяется постоянная составляющая приведенного мо­мента инерции:

Таким образом, получается момент инерции маховика

Масса маховика

где D_Max=0,5 м -диаметр маховика.

В заключение, на основании таблицы 4 определяем массу подвижных звеньев пресса