Курсовая работа 10: Проектирование и исследование механизмов стана для холодной прокатки труб вариант Д

Проектирование и исследование механизмов стана для холодной прокатки труб

В курсовом проекте выполнено проектирование и исследование механизмов
стана для холодной прокатки труб.
Проведено:

• Проектирование механизма и определения закона движения;
• Силовой расчет механизма;
• Проектирование зубчатой передачи и однорядного планетарного редуктора.
• Проектирование кулачкового механизма с поступательно движущимся толкателем.

Расчетно – пояснительная записка содержит 44 листов формата А4; 10 табличных значения, 21 рисунка; курсовой проект выполнен на 4 листах формата А1.

Оглавление

• Реферат_2
• 1. Техническое задание_5
• 1.1. Краткое описание работы механизмов стана для холодной прокатки труб_5
• 1.2. Исходные данные_8
• 1.3. Содержание курсового проекта_10
• 2. Проектирование основного рычажного механизма и определение закона движения его начального звена_11
• 2.1. Проектирование основного рычажного механизма и определение закона движения его начального звена_11
• 2.2. Выбор динамической модели механизма и вывод формул приведения_12
• 2.3. Определение требуемых кинематических передаточных функций скоростей (аналогов скоростей) аналитическим методом_16
• 2.4. Приведение масс и построение графика_16
• 2.5. Анализ и расчет активных сил, действующих на звенья механизма_17
• 2.5.2. Выбор электродвигателя и построение его механической характеристики_18
• 2.6. Приведение сил и построение графиков приведенных моментов сил_19
• 2.7. Построение графика суммарной работы_21
• 2.8. Построение графика_22
• 2.9. Построение графика_22
• 2.10. Построение графика_22
• 2.11. Определение приведенного момента инерции звеньев I группы_23.
• 2.12. Определение момента инерции маховика_24
• 2.13. Построение графика изменения угловой скорости начального звена_25
• 2.14. Построение приведенной характеристики электродвигателя_25
• 2.15. Уточнение графиков_25
• 3. Силовой расчет основногорычажного механизма_26
• 3.1. Исходные данные_26
• 3.2. Определение ускорений центров масс и угловых ускорений звеньев_26
• 3.3. Определение главных векторов сил инерции и главных моментов сил инерции_27
• 3.4. Определение усилий в кинематических парах_28
• 3.5. Определение неизвестной внешней силы_29
• 4. Проектирование зубчатой передачи_29
• 4.1. Исходные данные. 30
• 4.2. Последовательность расчета зубчатой передачи_30
• 4.3. Выбор коэффициента смещения Х₁ с учетом качественных показателей работы зубчатой передачи_30
• 4.4. Результаты расчета зубчатой передачи_33
• 4.5 Построение профиля зуба, изготовляемого реечным инструментом_35
• 4.6 Построение проектируемой зубчатой передачи_36
• 5. Проектирование планетарного редуктора. 37
• 5.1. Исходные данные_37
• 5.2. Условия, которым должны удовлетворять числа зубьев колес редуктора_37
• 5.3. Подбор чисел зубьев_39
• 5.4. Графическая проверка передаточного отношения редуктора_40
• 6. Проектирование кулачкового механизма_41
• 6.1. Исходные данные_41
• 6.2. Построение кинематических диаграмм_41
• 6.3. Построение диаграмм_41
• 6.4. Построение области допустимого расположения центра вращения кулачка_42
• 6.5. Определение основных размеров кулачкового механизма_42
• 6.6. Построение центрового и конструктивного профилей кулачка и кинематической схемы кулачкового механизма_42
• 6.6. Построение графика изменения углов давления_42
• Приложения (Mathcad)_44

Техническое задание

Краткое описание работы механизмов стана для холодной прокатки труб

Прокатный стан схема механизмов которого изображена рис. 1, предназначается для калибровки труб на конической оправке в калибрах переменного сечения. Обжатие трубы производится не непрерывно по всей ее длине, а на отдельных ее участках. Этот режим осуществляется основным механизмом стана – механизмом рабочей клети. Механизм рабочей клети представляет собой сдвоенный кривошипно-ползунный механизм (ОАВ, ОА¹В¹). Роль кривошипов 1,1¹ (ОА и ОА¹) выполняют зубчатые колеса Z₅ и Z₅¹ , на которых размещены пальцы кривошипов А и А¹. Рабочая клеть 3 соединенная с зубчатыми колесами Z₅ и Z₅¹ двумя шатунами 2, 2¹ перемещается вращательно-поступательно на катках 8 по специальным рельсам 9, установленным в станине. Валы рабочей клетки 6, 6¹ связаны между собой двумя парами одинаковых зубчатых колес Z₆ , Z₇ и Z₆¹ ,Z₇¹ . На концах нижнего валка имеются еще два одинаковых зубчатых колеса Z₈ и Z₈¹ , находящихся в зацеплении с неподвижными рейками 7, 7¹.Передача движения от электродвигателя 4 к механизму рабочей клети осуществляется непрерывно через муфту-маховик 5, планетарный редуктор 20, зубчатые передачи (Z₄ , Z₅), (Z₄¹ ,Z₅¹). Таким образом, периодичность режима прокатки достигается возвратно-поступательным движением рабочей клети вдоль трубы при неподвижном заднем ее конце, закрепленном в патроне 11. При этом валки имеют дополнительно принудительное, строго согласованное с положением рабочей клети, возвратно-вращательное движение от неподвижных реек. Валки снабжены калибровочными секторами переменного профиля. При вращении валков их секторы образуют калибр переменного сечения, диаметр которого плавно уменьшается от начального до требуемого размера трубы. В процессе прокатки секторы валков охватывают трубу своей калибровочной поверхностью и, перекатываясь по ней, обжимают и раскатывают ее подобно скалке. При движении клети вперед совершается обжатие, а при обратном движении выглаживание трубы. Вблизи крайних положений рабочей клети калибры валков не соприкасаются с прокапываемой трубой. Это время используется для подачи трубы на прокатку следующего участка и для поворота трубы и оправки. Поворот трубы необходим для равномерного ее обжатия и совершается за каждый ход клети примерно на 60". Поворот оправки обеспечивает более равномерный ее износ. Последовательность операции подачи, прокатки и поворота трубы показана на циклограмме (рис. 2).

Рис.1 Схема прокатного стана.
Рис.2 Циклограмма работы механизмов прокатного стана

Механизмы подачи и поворота трубы и оправки привидятся в движение посредством кулачкового механизма. Кулачок 13 этого механизма получает непрерывное вращение от электродвигателя 4 через планетарный редуктор 20, зубчатую передачу Z₉ ,Z₁₀ и коническую передачу 12 с i=1. Вращательное движение кулачка преобразуется через упорные ролики 14 в прерывистое возвратно-поступательное движение каретки толкателя 15.
Механизм поворота трубы и оправки состоит из рычажной системы звеньев DEFK, зубчатой передачи и обгонной муфты 17, с помощью которых приводится в одностороннее вращательное движение вал 16, а следовательно, и патроны 10, 11 вместе с трубой. Передний и задний патроны связаны между собой четырьмя одинаковыми зубчатыми коническими передачами с i==1.
Механизм подачи трубы состоит из винта 18, связанного с передним патроном 10, и, гайки, получающей одностороннее вращательное движение от кулачкового механизма через рычажную систему DEMNPRS, зубчатые передачи и обгонную муфту. В стане имеются еще механизм, обеспечивающий обратный ход винта, и механизм движения каретки оправки. Эти механизмы работают от самостоятельного привода и в системе на рис. 3 не показаны. При проектировании и исследовании механизмов стана считать известными параметры, приведенные в табл. 1.
Рис. 3. Диаграмма усилий P_c , действующих на клеть по линии прокатки
Рис.4. Закон изменения ускорения каретки толкателя кулачкового механизма

Исходные данные

Таблица 1.

Содержание курсового проекта

• Лист 1. Проектирование основного механизма прокатного стана и определение закона его движения.

1. Определение основных размеров звеньев механизма по заданным условиям (средняя скорость рабочей клети; число оборотов кривошипа; отношение длины шатуна к длине кривошипа). Внеосностью механизма пренебречь.
2. Определение необходимого момента инерции маховых мaсс, обеспечивающих вращение вала кривошипа (колес Z₅ и Z₅¹) с заданным коэффициентом неравномерности при установившемся режиме работы. Определение момента инерции дополнительной маховой массы (маховика-муфты), установленной на валу двигателя (рис. 1).
3. Построение диаграммы изменения угловой скорости кривошипа (колес 5,5¹) за время одного цикла (оборота) при установившемся режиме работы механизма.

• Лист 2. Силовой расчет основного механизма с учетом динамические нагрузок.

1. Определение углового ускорения звена приведения по уравнению движение в дифференциальной форме (на основании исследования, выполненного на листе 1 проекта) в положении механизма, соответствующем заданному углу . Определение линейных ускорений центров тяжести и угло- вых ускорений звеньев.
2. Построение картины силового нагружения механизма.
3. Определение сил в кинематических парах механизма.
4. Оценка точности расчетов, выполненных на листах 1 и 2 проекта, по уравнению моментов или уравнению сил для ведущего или ведомого звена механизма.

• Лист 3. Проектирование кулачкового механизма

1. Построение кинематических диаграмм движения каретки толкателя (перемещения, скорости и ускорении) с учетом заданного закона движения толкателя (рис 4).
2. Определение основных размеров кулачкового механизма ма наименьших габаритов с учетом заданного максимально допустимого угла давления (a_доп).
3. Построение профили кулачка (центрового и конструктивного).
4. Построение диаграммы изменения угла давления в функции угла поворота кулачка.

• Лист 4. Проектирование зубчатой передачи и планетарного редуктора.

1. Выполнение геометрического расчета эвольвентой зу6чатой передачи Z₄ , Z₅ (рис.1).
2. Построение схемы станочного зацепления при нарезании колеса с меньшим числом зубьев и профилирование зуба (включая галтель) методом огибания.
3. Вычерчивание схемы зацепления колёс с указанием основных размеров и элементов колес и передачи.
4. Проектирование планетарною редуктора (рис.1) (подбор чисел зубьев) по заданному передаточному отношению редуктора и числу сателлитов. Допустимое отклонение i_ред±5%. Колеса планетарного редуктора нулевые; модуль колес принять равным единице.
5.Определение передаточного отношения, линейных скоростей и чисел оборотов звеньев спроектированного редуктора графическим способом.

Чертежи

Лист 1 - Определение закона движения механизма Лист 2 - Силовой расчет основного рычажного механизма Лист 3 - Проектирование кулачкового механизма Лист 4 - Проектирование зубчатой передачи и планетарного редуктора