Сборник заданий для курсового проектирования, выпуск 11

Московский государственный технический университет
имени Н.Э.Баумана

СБОРНИК Заданий

для курсового проектирования
по дисциплине
«Теория механизмов и механика машин»

Выпуск 11

М о с к в а

Издательство МГТУ имени Н.Э.Баумана

2 0 0 2

Московский государственный технический университет
имени Н.Э.Баумана

СБОРНИК Заданий

для курсового проектирования по дисциплине
«Теория механизмов и механика машин»

Выпуск 11

Под редакцией И.Н. Чернышевой

М о с к в а

Издательство МГТУ имени Н.Э.Баумана

2 0 0 2

УДК 531.8(075.8)

ББК 34.44

С23

Рецензенты: С.А. Мачихин, В.Д. Дудко

С23 Сборник заданий для курсового проектирования по дисциплине «Теория механизмов и механика машин»/ С.А. Попов, И.Н. Чернышева, Б.И. Плужников и др.; Под ред. И.Н. Чернышевой. - Вып. 11. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 44 с., ил.

ISBN 5-7038-2019-7

Пособие является продолжением ранее выпущенных сборников
1 - 10 с заданиями № 1 - 142 по дисциплине «Теория механизмов и механика машин». В нем представлены новые задания, апробированные кафедрой РК-2.

Для студентов 2-го и 3-го курсов, выполняющих курсовые проекты.

Ил. 9. Табл. 20. Библиогр. 3 назв.

УДК 531.8(075.8)

ББК 34.44

Авторы:

С.А. Попов (задание № 143), И.Н. Чернышева (задание № 144),
Б.И. Плужников, В.В. Синицын (задание № 145), В.В. Кузенков,
Б.И. Плужников, В.В. Синицын (задание № 146), Ю.В. Костиков, Ю.Т. Каганов, В.В. Каганова (задание № 147), Ю.Т. Каганов,
В.В. Каганова, Ю.В. Костиков (задание № 148), Д.К. Веретимус (задание № 149), И.Н. Чернышева, Д.К. Веретимус (задание № 150), Н.В. Умнов, И.Н. Чернышева (задание № 151), Д.К. Веретимус (приложение).

Сборник заданий для курсового проектирования по дисциплине
«Теория механизмов и механика машин »

В ы п у с к 11

Редактор Е.К. Кошелева

Корректор Л.И.Малютина

Изд. лиц. № 020523 от 25.04.97

Подписано в печать 22.04.02 Формат 60´84/16. Бумага офсетная.

Печ. л. 2,75 Усл. печ. л. 2,60 Уч.-изд. л. 2,51

Тираж 300 экз. Изд. № 129. Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

107005, Москва, 2-я Бауманская, 5

ISBN 5-7038-2019-7 Ó МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002

Задание № 143^*. Проектирование механизмов
трехподвижного уравновешенного манипулятора

Сбалансированный манипулятор (рис. 143) используется как грузоподъемная машина для подъема (рис. 143, б) и горизонтального перемещения (рис. 143, а) изделий. Он содержит систему уравновешивания рабочего органа при перемещении в пределах зоны обслуживания. Такие манипуляторы позволяют легко перемещать изделия по желаемой траектории Тр.Е (рис. 143, а, б, в) с регулируемым изменением скорости V_E(S_E) перемещения (рис. 143, г). Система уравновешивания содержит автоматические пневматические устройства на базе командаппарата и не допускает произвольного смещения груза по горизонтали и предотвращает свободное падение груза при аварийных ситуациях в системе управления.

Сбалансированный манипулятор имеет приводы вертикального Д_а (см. рис. 143, б) и горизонтального Д_с (см. рис. 143, а) перемещений и поворота звена 5 вокруг вертикальной оси y Д_y. Управление приводами осуществляется вручную с помощью рукоятки управления или устройствами задания программного движения с разделением движений по различным подвижностям во времени.

Структурные схемы манипуляционного механизма с тремя степенями свободы и механизма подачи изделий в начальную позицию Е_нач представлены на рис. 143, в, д. Пантограф можно рассматривать как схему базового плоского механизма ABDCFE с двумя степенями свободы W=2, устанавливаемого на поворотной платформе 5 (см. рис. 143, д), приводящейся в движение от электрического двигателя Д_y с помощью рядовой зубчатой передачи z₁, z₂ (b = 0) и планетарного редуктора ПР. Торможение осуществляется соответствующими тормозами двигателей. Оси A, B,C, D, F звеньев механизма пантографа параллельны. Соответственно параллельны осевые линии звеньев 1 и 4, 2 и 3.

При движении груза по вертикали рабочая точка C горизонтального привода Д_с остается неподвижной (см. рис. 143, б), а точка А изменяет положение с помощью привода вертикального перемещения Д_а. При движении точки Е схвата в горизонтальной плоскости неподвижной является точка А (см. рис. 143, а), а точка С изменяет положение с помощью привода горизонтального перемещения Д_с. При движении по другим траекториям должны работать оба привода Д_а и Д_с одновременно.

Уравновешивание манипулятора осуществляется с помощью пневматического привода, давление в котором поддерживается при работе с помощью автоматического устройства.

Управление подъемом груза начинается с уравновешивания манипулятора посредством увеличения давления в пневматическом цилиндре уравновешивающего устройства (на схеме не показано) до отрыва груза. После этого давление в пневмосистеме поддерживается постоянным и в действие вступают последовательно приводы вертикального и горизонтального перемещений или поворота. Торможение осуществляется автоматически после перевода системы управления в соответствующий режим. Уравновешивание груза при этом не нарушается. Выключение системы уравновешивания производится после остановки манипулятора.

Законы движения изделия из накопителя в позицию Е_нач при горизонтальном перемещении толкателя кулачкового механизма показаны на рис. 8.6 в пособии [1]. Исходные данные на проектирование кулачкового механизма (см. рис. 143, д) приведены в табл. 8.1 пособия [1]. Варианты структурных схем манипулятора показаны на рис. 143, а, б, в. Варианты программного движения груза по траектории (см. рис. 143, г) представлены в табл. 8.1 пособия [1].

Основные этапы проектирования

1. Проектирование кинематической схемы и определение размеров звеньев.

2. Решение прямой задачи кинематики механизма манипулятора, определение передаточных отношений, положений, скоростей и ускорений точек по соответствующим обобщенным координатам.

3. Уравновешивание манипулятора в нижнем положении. Определение реакций в кинематических парах основного механизма при максимальных ускорениях груза.

4. Динамическое исследование по определению зависимости необходимой движущей силы для воспроизведения заданного закона подъема груза.

5. Определение момента отключения двигателя и перехода в режим торможения при повороте, закона движения и оптимального передаточного отношения планетарного редуктора по критерию быстродействия.

6. Расчет рядовой зубчатой передачи и планетарного механизма. Проектирование планетарного механизма провести по согласованию с преподавателем.

7. Проектирование кулачкового механизма.

Основные результаты расчета следует приводить в пояснительной записке формата А4, графическую информацию — на четырех листах формата А1:

1-й лист - уравновешивание манипулятора;

2-й лист - динамическое исследование;

3-й лист - зубчатые передачи;

4-й лист - кулачковый механизм.

Примечание к расчету

Взаимосвязь вертикального и горизонтального перемещений схвата манипулятора основана на свойстве пантографа, по которому три его точки А, С, Е при любом положении механизма находятся на одной прямой. Для упрощения динамического расчета вспомогательные звенья, служащие для уравновешивания, не учитываются. В качестве примера рассмотрим пантограф (см. рис. 143, в). Передаточным отношением пантографа u_П является отношение скоростей схвата и точки начального звена. Например, для вертикального движения (см. рис. 143, б)

.

Из подобия треугольников ADE и ABC; ADE и CFE следует, что

поэтому передаточное отношение механизма пантографа u_п=V_E /V_A постоянно; его называют коэффициентом K пантографа.

Аналогичные движения происходят при постоянном положении точки А и перемещении точки С начального звена 6 по горизонтали (см. рис. 143, а). При проектировании часто принимают u_п =
= 5 - 10, а длину DF, равной половине максимального перемещения схвата.

Т а б л и ц а 143.1

Исходные данные для проектирования

Т а б л и ц а 143.2

Варианты заданий, определяющие условия
перемещения груза по заданной траектории