Проектирование механизма поворота стола контрольно-измерительного автомата

                                             ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

   СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

                       к курсовому проекту по дисциплине  «Прикладная механика»

на тему «Проектирование механизма поворота стола контрольно-измерительного автомата

 

Автор проекта                                30.04. 12 г.     Винниченко Н.                                       

 

Специальность  200101.65 Приборы и системы контроля качества в строительстве

 

 

Шифр 0201120026     Курс II

Руководитель проекта                                           Кутыев

Проект защищен ___________________ Оценка __________________

Члены комиссии _______________________________________________________

 

 

 

 

                                                       Санкт-Петербург

                                                             2012

 

 

 

 

1. Задание на курсовой проект

По заданной кинематической схеме, включающей в себя планетарную зубчатую передачу, коническую зубчатую пару, мальтийский и кривошипно-ползунный механизмы и исходным данным спроектировать механизмы поворота стола контрольно-измерительного автомата (КИА).

 

Исходные данные

Таблица 1

Параметры	Ед. измерения	Значение
q	Дет./час	5000
u34		1,50
zk		6
к		4
1	1/c	314
T3	H м	34
T4		4,8
T5		5,4
F7	H	30
I3	кг м²	3,4
I4		1,2
I5		2,7
Iп		1,7
ak	м	0,23
b		0,12
c		0,06
d4		0,07
r		0,14
		0,4
		0,02

 

q –  производительность КИА (количество контролируемых деталей за один час);

u34– передаточное отношение конической зубчатой пары;

zk – число пазов мальтийского креста;

к – число сателлитов планетарной передачи;

1- частота вращения ведущего вала 1;

T3-момент сил сопротивления транспортирующего устройства

T4T5- моменты сил трения в опорах валов 4 и 5;

F7- сила сопротивления при выталкиваниидеталей со стола;

I3I4I5- моменты инерций вращающихся масс относительно осей валов соответственно 3, 4, 5;

Iп – момент инерции относительно оси выходного вала планетарной передачи;

ak – межосевое расстояние мальтийского механизма;

b, c- размеры вала 4;

d4- диаметр делительной окружности конического колеса, установленного на валу 4;

λ=r/l- отношение длины rкривошипа к длине l шатуна кривошипно-ползунного механизма;

- коэффициент неравномерности вращения  вала 4.

 

Кинематическая схема

Рис.1. Кинематическая схема

 

 

 

2. Описание  работы КИА

Многопозиционные КИА предназначены для контроля и сортировки деталей в процессе обработки в условиях автоматизированного крупносерийного и массового производства. В таких автоматах для повышения их производительности контроль параметров деталей осуществляется на нескольких позициях одновременно. На первой позиции выполняется загрузка, а на последней выталкивание деталей. На измерительных позициях контролируются последовательно различные параметры одной и той же детали.

Движение звеньев автомата осуществляется от ведущего вала 1 электродвигателя, связанного при помощи муфты с водилом H планетарной передачи. От сателлита 2с двумя зубчатыми венцами вращение передается на выходной вал передачи. Далее через соединительную муфту движение передается на вал 3, связанный цепной передачей с транспортирующим устройством. От вала 3 через коническую зубчатую пару вращение передается на вал 4 кривошипа мальтийского механизма. Для уменьшения неравномерности вращения на валу установлен маховик «М». Поворот вала 4 от входа цевки кривошипа в паз до выхода из паза называется углом рабочего поворота 4р. При этом крест со столом поворачивается на угол 2 /zk. В момент выхода цевки из паза вращения креста и стола прекращается. Неподвижное положение креста и стола фиксируется цилиндрической поверхностью диска кривошипа, которая при повороте скользит по сегментному вырезу креста. На конце вала 4 имеется другой кривошип «К», который посредством шатуна 6 связан с ползуном 7. По истечении времени после остановки креста при прямом ходе ползуна происходит выталкивание детали «Д». При неподвижном столе осуществляются следующие операции: контроль и измерение деталей на нескольких позициях, загрузка деталей на стол из бункера-накопителя и выталкивание при помощи ползуна 7 проконтролированной детали в лоток. Продвижение деталей от предыдущих к последующим позициям осуществляется при повторяющихся циклических поворотах стола. Вокруг стола размещены измерительные станции, которые работают с одинаковой длительностью контроля. Время цикла соответствует длительности одного оборота кривошипного вала 4. За каждый цикл в лоток сбрасывается одна проконтролированная деталь и подается из бункера на стол новая. При этом полный контроль (включая загрузку и выталкивание) одной детали на многопозиционном автомате выполняется за tk= tц zk (здесь zk – число пазов креста).

 

3. Задачи  проектирования КИА

По исходным данным необходимо:

1. Разработать кинематическую схему автомата.
2. Выполнить его структурный анализ.
3. Выполнить кинематический анализ КИА, включающего планетарную передачу, мальтийский и кривошипно-ползунный механизмы.
4. Выполнить динамический анализ КИА с целью выбора электродвигателя и определения момента инерции маховика.
5. Произвести расчеты элементов механизмов КИА.
6. Выполнить графическую часть.

 

4. Кинематическая  схема

Кинематическая схема позволяет уяснить взаимодействие составных частей и принцип работы КИА. Кинематическая схема вычерчена без указания размеров с использованием условных графических обозначений. На кинематической схеме показаны :

     * два сателлита - элементы  планетарной передачи (1,2);

     * вал, связанный с  транспортирующим устройством и  валом 4 при помощи конической  зубчатой передачи (3);

     * вал, который оканчивается  кривошипом, на него насажена  цевка, колесо конической зубчатой  передачи и маховик (4);

    *  вал, на котором насажен  стол и мальтийский крест (5);

    *  шатун (6);

    *  ползун (7);

    *  стойка (0), зубчатое  колесо;

    *  электродвигатель и  соединенное с ним водило с помощью муфты.

 

 

                      5. Структурный анализ

При структурном анализе выявляются и исключаются избыточные связи, которые могут привести к неработоспособности конструкции. Анализ выполняется по кинематической схеме, в которой кинематические пары изображены с указанием всех геометрических связей, соответствующих виду и классу пар. При анализе не учитываются так называемые локальные связи.

Низшие пары - соприкосновение происходит по поверхности. Низшие пары обратимы. Класс пары р5.

Высшие пары – соприкосновение в точке или по линии. Высшие пары не обратимы. Класс пары – р4.

Таблица 2

ПАРА	ЗВЕНЬЯ	ХАРАКТЕРИСТИКА	ПОДВИЖНОСТЬ
А	1-0	Вращательная, низшая обратимая	р5
В	1-2	Вращательная, низшая обратимая	р5
С	0-2	Зацепленная, высшая, необратимая	р4
D	2-3	Зацепленная, высшая, необратимая	р4
Е	3-0	Вращательная, низшая обратимая	р5
М	3-4	Зацепленная, высшая, необратимая	р4
N	4-0	Вращательная, низшая обратимая	р5
К	6-4	Вращательная, низшая обратимая	р5
L	6-7	Вращательная, низшая обратимая	р5
Q	7-0	Возвратно-поступательная, низшая, обратимая	р5
F	5-0	Вращательная, низшая обратимая	р5
Т	4-5	Зацепленная, высшая, необратимая	р4

 

Звеньев n=8.

Кинематических пар 12 (А, В, С, D,Е, М, N, К, L,Q,F, Т).

Определяем степень подвижности по формуле Чебышева

W=3 (n-1)- 2 p5-p4, 

W= 3 (8-1)- 2 8 -4=1,

      где (n-1) =7 - число подвижных звеньев;

p5, p4- число кинематических пар соответственно 5-го и 4-го классов.

p4=4 (С, D, M, Т)

p5=8 (А, В, Е, N, К, L,Q, F)

Степень подвижности механизма равно 1, это значит, что если остановить какое-нибудь из звеньев, весь механизм остановится.

Избыточных связей нет, так как степень подвижности не равна нулю.

 

 

     6. Кинематический  анализ  механизмов КИА

На основании исходных данных параметров

q=5000 дет./час,

u34=1,50  передаточное отношение конической зубчатой пары,

1= 314 рад/с – частота вращения ведущего вала 1,

λ=0,40,

r=0,14 м ,

определяем:

- время одного цикла

  - угловую скорость  вала 4,

- передаточное отношение  между валами 1 и 4,

- передаточное отношение  планетарной передачи,

- угловую скорость  вала 3.

Так как время одного оборота кривошипного вала определяет длительность одного цикла контроля детали, то время одного цикла равно, с:

;

(с)

Угловая скорость кривошипного вала 4, 1/с:

;

(1/c)

         Передаточное отношение между  валами 1 и 4 равно

;

Передаточное отношение планетарной передачи

;

Угловая скорость вала 3, 1/с:

;

                

(1/с)

 

 

 

    6.1. Кинематический  анализ  мальтийского механизма

Перед разработкой конструкции мальтийского механизма следует определить основные параметры и выполнить его кинематический анализ.

Исходными данными являются параметры ak, zk .

Необходимо определить:

- угол поворота креста  за один оборот кривошипного  вала;

- угол рабочего поворота  кривошипа;

- геометрические размеры  мальтийского механизма;

- угловую скорость и  угловое ускорение креста.

 

1. Определение основных параметров

Угол поворота 5к  креста за один оборот кривошипного вала вычисляется по формуле:

Угол рабочего поворота 4p кривошипа, при котором происходит поворот креста, град:    

Угол выемки фиксирующего диска, град.,

;

Длина кривошипа, мм:

;

Расстояние от оси вращения креста до начала паза, мм:

Диаметр цевки кривошипа, мм:

Диаметр креста, мм:

где С - фаска, равная 1,5….2 мм.

Длина паза креста, мм:

Диаметры валов кривошипа и креста принимают конструктивно, соблюдая условия, мм:

;

  Принимаем dв=46 мм.

Принимаем dк=80 мм

 

При разработке конструкции в дальнейшем dв и dк проверяют расчетами на прочность.

Отношение длины eк кривошипа к межосевому расстоянию равно

=

       Радиус  выемки фиксирующего диска, мм:

 

 

 

 

 

 

2. Определение угловой скорости и углового ускорения креста

      Угловая  скорость креста мальтийского  механизма зависит от угла  рабочего поворота  4p  кривошипного вала и определяется по формуле, 1/с:

 

Угловое ускорение определяется по формуле, 1/с2:

      Расчеты  по формулам  и выполним при значении , изменяющемся через 100

                  от:                            

                 до:                               

                        

   

 

      Нулевое значение  угла φ 4p соответствует положению кривошипа, когда он совмещается  с линией, соединяющей оси валов 4 и 5.

Результаты расчетов и  сведены в таблицу.

 

 

Таблица расчетов угловой скорости и углового ускорения

в зависимости от угла 

4p   рабочего поворота  кривошипного вала

Таблица 3

φ 4p, 0	,1/с	, 1/с2
300	0,00	43,90
310	1,03	59,24
320	2,40	78,26
330	4,16	96,70
340	6,18	101,28
350	7,97	70,41
360	8,72	0,00
10	7,97	-70,41
20	6,18	-101,28
30	4,16	-96,70
40	2,40	-78,26
50	1,03	-59,24
60	0,00	-43,90