Uch_posobie_TMM_Sintez_mekhanizmov_2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ

Часть 2 Синтез механизмов и машин

Учебное пособие

Белгород

2008

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ

Часть 2 Синтез механизмов и машин

Утверждено советом университета в качестве учебного пособия для студентов специальностей 270101 – Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов, изделий и конструкций,

190205 – Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование,

270113 – Механизация и автоматизация строительства,

190603 – Сервис транспортных и технологических машин и оборудования

Белгород

2008

УДК 621.01(07) ББК 34.41я7 Т 33

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В.С. Богданов (БГТУ им В.Г. Шухова), канд. техн. наук, доц. А.П.Слободюк (БГСХА)

Теория механизмов. В 2 ч. Ч.2. Синтез механизмов и машин: учеб.

Т33 пособие/ В.И. Суслов, С.И. Гончаров, В.И. Уральский, А.В. Шаталов; под ред. В.И. Суслова. – Белгород: Изд–во БГТУ, 2008. – 75 с.

Вучебном пособии изложены следующие разделы курса «Теория механизмов и машин»: методы определения момента инерции маховика, геометрический синтез эвольвентного внешнего зацепления, кулачковых механизмов и плоских рычажных механизмов. Все разделы иллюстрированы примерами исследования машин для производства строительных материалов.

Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 270101 – Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов, изделий и конструкций, 190205 – Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование, 270113 – Механизация и автоматизация строительства, 190603 – Сервис транспортных и технологических машин и оборудования.

Издание публикуется в авторской редакции.

ББК 34.41я7 УДК 621.01 (07)

© Белгородский государственный технологический университет (БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2008

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………….. 4

1.МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАХОВОГО КОЛЕСА…………………………………………... 5

1.1Средняя скорость и коэффициент неравномерности движения………………………………………………………….. 5

1.2.Определение момента инерции маховика по уравнению изменения кинетической энергии……………………………….. 6

1.3.Способ Виттенбауэра………………………………………... 7

1.4.Определение момента инерции маховика по способу Мерцалова Н.И…………………………………………………… 10

1.5.Определение основных размеров маховика……………….. 14

2.ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ЭВОЛЬВЕНТНОГО

ПРЯМОЗУБОГО ВНЕШНЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ…………….. 17

2.1.Эвольвента окружности……………………………………... 17

2.2.Эвольвентное зацепление и его свойства………………….. 18

2.3.Определение размеров зубчатых колес……………………. 20

2.4. Графическое построение элементов зубчатого зацепления 31

2.5.Построение активной части линии зацепления, рабочих участков профилей зубьев и дуги зацепления…………………. 34

2.6.Определение качественных показателей зацепления……... 36

3. СИНТЕЗ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ………………… 43

3.1.Задачи синтеза механизмов и исходные данные для проектирования кулачковых механизмов………………………. 43

3.2.Законы движения толкателя внутри фазовых углов………. 44

3.3.Определение минимальных габаритов кулачковых механизмов……………………………………………………….. 55

3.4.Определение координат профиля кулачка в механизме с поступательно движущимся толкателем……………………….. 60

3.5.Определение координат профиля кулачка в механизме с

4.2.Синтез шарнирного четырехзвенника……………………... 66

4.3.Синтез кривошипно-ползунного механизма………………. 69

4.4.Синтез кривошипно-кулисного механизма………………... 72 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………… 74

4

ВВЕДЕНИЕ

Втеории механизмов и машин разработаны общие методы проектирования для всех механизмов используемых в промышленности строительных материалов. В данном пособии излагаются только вопросы связанные с проектированием кинематической схемы механизма по наперед заданным его свойствам.

Вразделе синтеза эвольвентного зацепления дается понятие эвольвенты с окружностью в качестве эволюты. Приведены формулы для определения геометрических размеров коррегированных зубчатых колес, а так же качественных показателей зацепления: линии зацепления, дуги зацепления, коэффициента перекрытия. Коррегирование зубьев при нарезании показано на методе обкатки.

Кулачковые механизмы выполняют задачи управления технологическими процессами. Механизм состоит из кулачка, толкателя и стойки. Ведущим звеном всегда является кулачек. Независимо от области использования у всех кулачковых механизмов имеются объединяющие их признаки циклового характера работы. Различают несколько видов циклов. Если за некоторый промежуток времени повторяются положения, скорости и ускорения кулачка и толкателя, то цикл называют кинематическим. Если повторяются совокупности операций технологической машины, то цикл называют рабочим.

Технологический процесс с участием кулачкового механизма связан со значениями фазовых углов движения кулачка. Однако значения кинематических параметров толкателя внутри фазовых углов строго лимитируются наперед заданными законами движения. Габариты кулачка для воспроизведения заданного закона движения должны быть минимальными.

Среди плоских рычажных механизмов наиболее распространены шарнирные четырехзвенники, кривошипно-ползунные и кулисные механизмы. Широта их приложений определяет разнообразие вариантов проектирования кинематических схем. Например, можно запроектировать кинематическую схему по заданной траектории точки звена или ее отдельному участку. Другая задача, если проектировать кинематическую схему по средней скорости ведомого звена на прямом и обратном ходе. Заслуживает внимания и выбор оптимального варианта схемы механизма с наилучшим приближением к заданному закону движения звена.

Изложение основных понятий и методик решения задач теории механизмов является не самоцелью, а средством для прикладного использования полученных знаний в курсовом проектировании по теории механизмов.

Пособие ориентировано на учебные планы по механическим специальностям.

5

1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАХОВОГО КОЛЕСА

1.1.Средняя скорость и коэффициент неравномерности движения

Для некоторых механизмов во время цикла установившегося движения характерны чередующиеся промежутки резкого возрастания и столь же быстрого падения сил сопротивлений. К таким механизмам можно отнести, как уже отмечалось, распространенные в промышленности строительных материалов различные типы прессов, дробилок, поршневых насосов, толкателей [2]. Значительное увеличение приведенного момента сил сопротивления приводит к снижению скорости вращения ведущего звена механизма, а сброс сопротивлений сказывается на увеличении угловой скорости.

При решении задач кинематики механизмов подразумевалось, что ведущее звено вращается со средней угловой скоростью:

где ωmax , ωmin – экстремальные значения угловой скорости звена внутри

цикла установившегося движения.

Оценивать неравномерность вращения принято коэффициентом неравномерности движения:

Колебания скорости ведущего звена могут достигать таких амплитудных значений, которые будут неприемлемы с точки зрения надлежащих условий эксплуатации механизма. Для вышеперечисленных механических систем практикой выработаны необходимые критерии, которые оцениваются с помощью коэффициента неравномерности движения

механизма, меняющегося в пределах 0.005< <0.2, например, поршневые насосы 0.03-0.2, металлорежущие станки 0.02-0.05, двигатели внутреннего сгорания 0.006-0.013.

Кинетическая энергия звена, является квадратичной функцией от скорости. Из совместного решения (1.1), (1.2) получим с точностью до линейных слагаемых следующие выражения для квадратов скоростей:

Равенства (1.3) и (1.4) используются для определения момента инерции маховика. Маховик устанавливают обычно на ведущее звено машинного агрегата для того, чтобы вращение ведущего звена происходило, с угловой скоростью, колебания которой не выходят за рамки заданного коэффициента неравномерности движения [1].

1.2. Определение момента инерции маховика по уравнению изменения кинетической энергии

Для решения задачи подбора маховика к механизму должны быть заданы:

1)силы производственных сопротивлений;

2)силы движущие;

3)кинетическая схема механизма, положение центров тяжести звеньев, их масса и моменты инерции;

4)средняя угловая скорость ведущего звена ωср и коэффициент

неравномерности движения δ.

После приведения масс всех звеньев механизма и действующих сил к звену, на котором предполагается установить маховик, можно написать согласно закону изменений кинетической энергии следующее уравнение:

где Aд – работа движущих сил между положениями звена, в которых угловая скорость экстремальна;

Ac – работа сил сопротивления между теми же положениями; Jм – момент инерции маховика;

Jзв – момент инерции приведенных масс звеньев механизма в том положении, где угловая скорость звена приведения достигает своего максимального значения ωmax ;

Jзв – то же, но для положения, в котором угловая скорость звена приведения достигает своего минимального значения ωmin .

Уравнение (1.5) определяет изменение кинетической энергии на участке пути, когда звено приведения перейдет из одного положения с

7

экстремальным значением угловой скорости в другое. За звено приведения выбирается обычно ведущее звено механизма.

Разность работ движущих сил и сил сопротивления в этом уравнении называют избыточной работой Aизб Aд Aс . В значениях приве-

янной величины в положениях звена приведения, где угловая скорость экстремальна.

Решив уравнение (1.5) относительно Jм с учетом (1.4) и (1.6), будем иметь:

Вформуле (1.7) все величины могут быть легко определены, если только будут известны те положения звена приведения, где угловая скорость его достигает своих максимального и минимального значений. Для решения этой задачи существует ряд способов определения момента инерции махового колеса: Радингера, Виттенбауэра, Мерцалова Н.И., Гутьяра Е.М., Артоболевского И.И. и др. Принципиально точными являются способы Виттенбауэра и Артоболевского И.И. Рассмотрим некоторые из перечисленных выше способов.

1.3.Способ Виттенбауэра

Воснову способа положена диаграмма энерго-масс, т.е. зависимость изменения кинетической энергии T звена приведения от приведенного

вующую времени цикла установившегося движения. Суть метода показана на рисунке для положения 1 звена приведения и образования точки 1 диаграммы.

Из формулы кинетической энергии вращающегося звена, можно за-

9

При малых значениях коэффициента движения углыψmin и ψmax

мало отличаются друг от друга и поэтому начало координат O обычно выходит далеко за пределы поля чертежа.

Рис. 1.1. Определение момента инерции маховика методом Виттенбауэра:

а – графики приведенных моментов сил; б – график изменения кинетической энергии механизма; в – график приведенного момента инерции; г – кривая (диаграмма)

энерго-масс.

В этом случае момент инерции махового колеса находят по следующей формуле:

np (Op) tgψmin .