Расчет механизма комбайна

Содержание.docx

Задание 2 Введение ..4
Проектирование рычажного механизма по коэффициенту неравномерности движения .5
1 Определение класса порядка и вида механизма. Структурный анализ механизма 5
2 Построение планов положений механизма ..7
3 Построение планов скоростей . 8
4 Определение приведенной к ведущему звену и уравновешивающей силы 11
5 Построение графиков моментов сил сопротивления и движущих сил приведенных к ведущему звену в зависимости от угла поворота для цикла установившегося движения ..12
6 Построение диаграммы работ сил сопротивления 13
7 Построение диаграммы избыточных работ или графика изменения кинетической энергии механизма 13
8 Построение графика приведенного к ведущему звену момента инерции механизма в зависимости от угла поворота звена приведения для установившего движения .13
9 Построение диаграммы “энергия-масса” .15
10 Определение величины момента инерции маховика 15
11 Определение геометрических размеров маховика 15
Динамический анализ рычажного механизма . .17
1 Определение ускорений центров масс и угловых ускорений звеньев. Построение плана ускорений .17
2 Определение инерционных нагрузок звеньев 19
3 Определение реакций в кинематических парах и нахождение уравновешивающей силы . 20
Построение картины эвольвентного зацепления 23
1 Расчет эвольвентных колес внешнего зацепления 23
2 Построение нормального эвольвентного зацепления .24
3 Определение коэффициента перекрытия 24

ватман1.dwg

Титульник1.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА
кафедра «Детали машин путевые и строительные машины»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине «Теория машин и механизмов»
студент группы МС-31

пояснит. записка.docx

Теория механизмов и машин (ТММ) – наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и проектирования их схем. Курс ТММ входит в общетехнический цикл дисциплин формирующих знания инженеров по конструирования изготовлению и эксплуатации машин.
Машина осуществляет свой рабочий процесс посредством выполнения закономерных механических движений. Носителем этих движений является механизм. Следовательно механизм есть система твердых тел подвижно связанных путем соприкосновения и движущихся определенным требуемым образом относительно одного из них принято за неподвижное.
Важность курса теории механизмов машин подготовки инженеров конструкторов проектирующих новые механизмы и машины очевидна так как общие методы синтеза механизмов излагаемые в курсе дают возможность не только находить параметры механизмов по заданным кинематическим и динамическим свойствам но и определять их оптимальные сочетания с учетом многих дополнительных условий.
Большое значение курс ТММ имеет для подготовки инженеров–механиков по технологии изготовления и эксплуатации машин так как знание видов механизмов и их кинематических и динамических свойств необходимо для ясного понимания принципов работы отдельных механизмов их взаимодействия в машинах.
Проектирование рычажного механизма по коэффициенту неравномерности движения
1 Определение класса порядка и вида механизма. Структурный анализ механизма
Для определения степени свободы механизма используем формулу Чебышева:
где n – число подвижных звеньев;
p5 – число одноподвижных кинематических пар;
p4 – число двухподвижных кинематических пар.
Подставим значения (n=5 p5=7 p4=0):
Механизм обладает степенью свободы равной 1.
Определим степени характеристики звеньев и кинематических пар механизма. Занесём в таблицы данные о звеньях и кинематических парах.
Таблица 1 – Характеристики звеньев механизма
Характеристика движения
сложное плоскопараллельное
Таблица 2 – Характеристика кинематических пар механизма
Определение структуры класса механизма и порядка присоединенных групп. За начальное звено примем звено 1 (кривошип). Разложим механизм на структурные группы. Начинаем с отсоединения наиболее удалённой от ведущего звена группы Асура состоящей из двух звеньев и трёх кинематических пар.
Класс группы Асура определяется количеством кинематических пар (шарниров) в замкнутом контуре входящих в состав группы.
Порядок группы определяется количеством внешних кинематических пар к которым группа присоединяется к механизму. Группы II класс делятся на виды в зависимости от сочетания и взаимного расположения вращательных и поступательных пар.
Рисунок 1 – Группа Ассура
Группа образована двумя звеньями 4 и 5 которые входят в 3 кинематические пары. Группа является группой II класса 2-го порядка и группой 1-го вида.
Рисунок 2 – Группа Ассура
Группа образована двумя звеньями 2 и 3 которые входят в 3 кинематические пары. Группа является группой II класса 2-го порядка и группой 1-го вида.
Рисунок 3 – Ведущее звено
Остается механизм 1-го класса – ведущее звено 1 со стойкой 0.
2 Построение планов положений механизма
Примем масштабный коэффициент для этого отрезок изображающий на чертеже длину кривошипа OA примем равным 65 мм. Тогда масштабный коэффициент равен:
OA – длина звена на чертеже.
Тогда определим длины остальных звеньев с учетом масштабного коэффициента:
Методом засечек строим 12 планов положений механизма. Крайним положением принимаем положение при котором звенья 1 и 2 находятся на 1-ой линии. Методом засечек определяем остальные положения звеньев.
3 Построение планов скоростей механизма
Для удобства построения повернем планы скоростей на 90°.
Скорость точки А принадлежащей звену 1 определяем из уравнения:
где VA – скорость точки А (мс);
– угловая скорость ведущего звена (радс);
lOA – длина звена OA (м).
Подставив числовые значения получим:
Скорость точки А изображаем в виде вектора . Тогда масштабный коэффициент для построения плана скоростей будет:
Скорость точки В найдем из следующих векторных уравнений:
Здесь VA известна и выражена на плане отрезком VO=0; относительная скорость VBA представляет собой вектор параллельный звену АВ (т.к. мы строим повернутый на план скоростей) и проходящий на плане через конец вектора ра . Абсолютная скорость точки В изображается вектором проходящим через полюс плана скоростей параллельно звену ОВ. Пересечение двух проведенных направлений определяет положение точки В изображающей конец вектора VB и вектора VBA.
Скорость точки D определим на основании свойства подобия согласно которому можно записать пропорцию:
Скорость точки E найдём из следующих векторных уравнений:
Абсолютная скорость точки E изображается вектором проходящим через полюс плана скоростей параллельно звену О2E. Пересечение двух проведенных направлений определяет положение точки E изображающей конец вектора vE и вектора
Скорость точки принадлежащей звену 2 определяем на основании свойства подобия согласно которому можно записать пропорцию:
Следовательно скорость точки на плане скоростей изображается вектором р проходящим через полюс и середину вектора ab.
Аналогично определяем скорость точки :
Значит скорость точки на плане скоростей изображается вектором р проходящим через полюс и середину вектора ed.
Определим угловые скорости звеньев:
Скорости точек определяются умножением соответствующего вектора на масштабный коэффициент. Определяем скорости всех точек и полученные данные сводим в таблицу.
Таблица 3 – Определение сеоростей точек механизма
4 Определение приведенной к ведущему звену и уравновешивающей силы
Для определения Pпр воспользуемся методом Жуковского в соответствующих точках плана скоростей приложим все действующие на механизм силы: силы тяжести силы сопротивления а также приведённую и уравновешивающую силы. В качестве звена приведения выбираем ведущее звено кривошип OA в качестве точки приведения выбираем точку А кривошипа ОА.
Определим силы тяжести звеньев.
Составим уравнения равновесия для двенадцати положений механизма.
5 Построение графиков моментов сил сопротивления и движущих сил приведенных к ведущему звену в зависимости от угла поворота для цикла установившегося движения
По значениям строим диаграмму моментов сил сопротивления
Принимаем масштабные коэффициенты:
где отрезок на оси абсцисс изображающий весь цикл движения.
6 Построение диаграммы работ сил сопротивления
Методом графического интегрирования строим диаграмму работ сил сопротивления. Принимаем полюсное расстояние H=60 мм.
Тогда масштабный коэффициент диаграммы работ определяется по формуле:
Соединив начало и конец диаграммы получим диаграмму
Методом графического дифференцирования диаграммы строим диаграмму моментов движущих сил в тех же координатах что и диаграмма
Тогда момент движущих сил равен:
7 Построение диаграммы избыточных работ или графика изменения кинетической энергии механизма
Строим диаграмму избыточных работ по алгоритму:
Для этого из ординат вычитаем ординаты при этом учитываем что если то и положительны если то и отрицательны. Диаграмма строится в том же масштабе что и
По диаграмме определим максимальную избыточную работу:
8 Построение графика приведенного к ведущему звену момента инерции механизма в зависимости от угла поворота звена приведения для установившего движения
Кинетическая энергия звена движущегося вращательно определяется по формуле:
где момент инерции звена относительно оси вращения проходящей
угловая скорость вращения звена.
Кинетическая энергия звена совершающего поступательное движение определяется по формуле:
скорость центра масс.
Кинетическая энергия звена совершающего сложное движение определяется по формуле:
Общая кинетическая энергия механизма определяется по формуле:
После преобразования данного выражения получим:
где приведенный момент инерции.
Так как массы первого и третьего звеньев равны нулю и моменты инерций первого третьего и пятого тоже равны нулю по условию то в расчетах мы их принимать не будем.
Вычислим величины приведенного момента инерции для двенадцати положений механизма. Полученные значения представим в виде таблицы.
Таблица 4 – Приведенные моменты инерции
По полученным данным строим диаграмму приведенного момента инерции . Принимаем масштабный коэффициент:
Для удобства построения повернем диаграмму на угол т.е. ось ординат на которой расположены значения приведенного момента инерции расположим горизонтально а ось абсцисс где отложены значения угла поворота звена приведения расположим вертикально.
9 Построение диаграммы “энергия-масса”
Диаграмму “энергия-масса” строим путем исключения параметра из графиков и т.е. построение идет по точкам полученным при пересечении линий переноса ординат точек соответствующих положений механизма кривых и .График имеет вид замкнутой кривой.
10 Определение величины момента инерции маховика
Для определения момента инерции маховика проведем под углами и к оси абсцисс касательные к графику ”энергия-масса”.
Определим тангенсы углов и по формулам:
Подставив численные значения в данные формулы получим:
Определим момент инерции маховика по способу Н.Н. Мерцалова.
На диаграмме избыточных работ определим значение .Момент инерции маховика определяется по формуле:
где коэффициент неравномерности вращения кривошипа.
11 Определение геометрических размеров маховика
К геометрическим размерам маховика относят диаметр и ширину обода.
Из конструктивных соображений примем ширину обода равной .
Диаметр определим по формуле:
где удельная масса материала маховика
Подставив в формулу численные данные получим:
Динамический анализ рычажного механизма
1 Определение ускорений центров масс и угловых ускорений звеньев. Построение плана ускорений
Определяем положение исследуемого механизма для точки соответствующей положению кривошипа при .
Изображаем данное положение механизма на чертеже. В дальнейшем все расчеты будем производить для данного положения.
Строим не повернутый план скоростей по алгоритму описанному в п.1.3. Определяем значения скоростей всех точек по аналогии с п.1.3.
Т.к. частота вращения ведущего звена имеет постоянное значение ( то точка А имеет только нормальное ускорение.
где угловая скорость ведущего звена.
Вектор изображающий ускорение точки А примем равным 100 мм.
Тогда масштабный коэффициент плана ускорений:
Этот вектор направлен к центру вращения т.е. от точки А к точке параллельно звену
Ускорение точки B определяется системой векторных уравнений:
Здесь и нормальные ускорения в относительном движении.
и – тангенциальные ускорения в относительном движении.
Здесь вектор известен по величине и направлению. Определим величины ускорений и .
Ускорение определяется по формуле:
где относительная скорость звена .
Для определения положения точки B на плане ускорений из точки А плана строим вектор параллельный звену AB соответствующий ускорению .
Тогда его длина будет равна:
Через конец вектора проводим прямую в направлении вектора т.е. перпендикулярно звену АB.
С учетом масштабного коэффициента:
Из полюса плана ускорений параллельно звену откладываем вектор соответствующий нормальному ускорению
Через конец вектора проводим прямую в направлении вектора т.е. перпендикулярно звену .
Определяем тангенциальные ускорения:
Пересечение векторов и даст нам положение точки B на плане ускорений. Соединив полюс плана с точкой B получим абсолютное ускорение этой точки. А соединив конец вектора с точкой B получим относительное ускорение звена АB.
Ускорение точки D определим на основании свойства подобия согласно которому можно записать пропорцию:
Ускорение точки на плане покажем вектором проходящим через полюс плана и найденную из пропорции точку.
Ускорение точки E определим при помощи следующего уравнения:
где относительная скорость звена .
Вектор dn3 определим по следующей формуле:
где скорость звена .
Точку Е находим соединяя конец вектора с полюсом тогда:
Определяем ускорения центров тяжести звеньев 2 и 4.
Ускорение точки принадлежащей звену 2 определяем на основании свойства подобия согласно которому можно записать пропорцию:
Ускорение точки на плане ускорений изображается вектором проходящим через полюс и середину вектора aba. Тогда численное значение ускорения будет равно:
Аналогично определяем ускорение точки :
2 Определение инерционных нагрузок звеньев
Силы инерции звеньев определяются по формуле:
ускорение центра тяжести звена
Силовой расчет механизма основывается на принципе Даламбера который заключается в следующем:
Во время движения механизма его звенья в общем случае движутся с ускорениями в результате этого возникают силы инерции. Если условно приложить силы к звеньям то сумма всех сил включая силы инерции равна нулю. Это позволяет к движущейся системе применять уравнение статики. Звенья 1 3 и 5 сил инерции не имеют т.к. их масса и момент инерции соответственно равны нулю.
Определим положение точки качания для звена 2 по формуле:
где момент инерции звена
Подставив численные данные в формулу получим:
Тогда длина S2K2 равняется:
Силы инерции действующие на звено:
Изображаем силы на чертеже с учетом масштабного коэффициента.
Силу проводим параллельно ускорению .
проводим параллельно ускорению
Равнодействующая сила инерции будет сонаправлена с силой и будет равна сумме сил .
Определим положение точки качания для звена 4:
Длина S4K4 равняется:
Равнодействующая сила инерции будет равна сумме сил или
3 Определение реакций в кинематических парах и нахождение уравновешивающей силы
Определение реакций в кинематических парах механизма начинают с группы звеньев наиболее удаленной от ведущего звена.
Вычерчиваем группу Ассура в которую входят звенья 4 и 5. В соответствующих точках звеньев прикладываем все действующие силы. Отброшенные связи заменяем реакциями.
Силу разложим на две составляющие: и
Для определения силы составим уравнение равновесия относительно точки D:
сила сопротивления при работе.
Для определения силы составим уравнения равновесия относительно точки E:
Задаёмся масштабом:
Строим план сил из которого определяем 7308802 H
Рассматриваем следующую группу Ассура в которую входят звенья 2 и 3. В соответствующих точках звеньев прикладываем все действующие силы. Отброшенные связи заменяем реакциями. Силу разложим на две составляющие: и
Для определения силы составим уравнение равновесия относительно точки A:
Для определения силы составим уравнение равновесия относительно точки B:
Строим план сил из которого определяем силу H
Теперь рассмотрим последнюю группу Ассура с начальным звеном 1. В соответствующих точках звеньев прикладываем все действующие силы. Отброшенные связи заменяем реакциями.
Строим план сил из которого определяем силы .
Метод определения уравновешивающей силы Н.Жуковского.
В произвольном масштабе строим повёрнутый на 900 план скоростей и в соответствующих точках плана прикладываем все силы и силы инерции звеньев. Затем составляем уравнение моментов относительно полюса Р и находим Рур.
Определим расхождение данных методом планов сил и методом Жуковского:
Построение картины эвольвентного зацепления
1 Расчет эвольвентных колес внешнего зацепления
Диаметры начальных окружностей определяются по формулам:
Расстояние между осями колес определим по формуле:
Высота головки зуба:
Диаметры окружностей выступов зубчатых колес:
Диаметры окружностей впадин:
Диаметры основных окружностей:
Шаг зацепления по дуге начальной окружности:
Толщина зубапо дуге начальных окружностей и ширина впадинs равны поэтому можно записать:
2 Построение нормального эвольвентного зацепления
Выбираем масштабный коэффициент таким образом чтобы высота зуба на чертеже выражалась отрезком равным 60 мм. Тогда масштабный коэффициент будет равен:
Алгоритм построения зубчатого зацепления:
Проводим линию центров на ней отмечаем центры и полюс зацепления .Через полюс проводим касательную к начальным окружностям. Под углом к касательной проводим линию зацепления(обозначим ее . Из центров восстанавливаем перпендикуляры к линии зацепления. Проводим начальные основные окружности выступов и впадин зубьев. Все построения производим с учетом масштабного коэффициента.
Перекатывая линию зацепления сначала по одной окружности а затем по другой описываем точками профили зубьев [3].
Для построения эвольвентного профиля зуба первого колеса отрезок делим на 12 равных частей. Эти отрезки (принимая их равными длинам дуг) откладываем на основной окружности первого колеса влево и вправо от точки . Точка касания 1 будет принадлежать эвольвенте. Точку получим откладывая на касательной отрезок 112 части отрезка.Проведя аналогичные построения на каждой из касательных получим ряд точек. Плавная кривая проходящая через эти точки является эвольвентным профилем правой части зуба правого колеса.
Отложив по основной окружности хорду мм найдём положение оси симметрии зубьев и построим их профили.
Аналогично строим эвольвентный профиль зуба второго колеса.
3 Определение коэффициента перекрытия
Отношение длины зацепления к шагу характеризуется коэффициентом перекрытия =дуга зацепленияшаг>1;
Определяем погрешность:
Е. Л. Сенькова В. Л. Моисеенко Теория механизмов и машин. Лабораторный
практикум для студентов механических специальностей. – Гомель 2004
Теория механизмов и машин. Под ред. Н.В. Алехновича. Мн.: Высшая
Артоболевский И.Я. Теория механизмов и машин. – М.: Наука 1988.- 639с.
Теория механизмов и машин: Пособие по курсовому проектированию для
студентов механических специальностей Е. Л. Сенькова В. Л. Моисеенко
Д. И. Бочкарев. – Гомель: УО «БелГУТ» 2006. – 65 с.

ватман2.dwg

кафедра "Детали машин
путе- вые и строительные машины".
Диаграмма энергия-масса
Диаграмма моментов сил сопротивления
Диаграмма работ сил сопротивления
Диаграмма избыточных работ
Диаграмма приведенного момента инерции

ватман3.dwg

кафедра "Детали машин
путе- вые и строительные машины"
План положения механизма соответствующий углу поворота f=120°
План скоростей для данного положения
План ускорений для данного положения
Силы инерции звена 4
Силы инерции звена 2
Определение реакций в кинематических парах 3-4
Определение реакций в кинематических парах 1-2
План сил 3-4 (P=1000 Нмм)
План сил 1-2 (P=1000 Нмм)
План сил ведущего звена (P=2000 Нмм)
Определение реакций в ведущем звене
Определение уравновешивающей силы методом Жуковского

ватман4.dwg

Титульник2.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА
кафедра «Детали машин путевые и строительные машины»
студент группы МС-31