Механизм строгального станка с вращающейся кулисой

ПЗ.docx

Министерство образования и науки РФ
федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Омский государственный технический университет»
Факультет транспорта нефти и газа
Кафедра «Машиноведение»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)
по дисциплине «Теория механизмов и машин»
на тему «Проектирование и исследование механизма»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Студента (ке) Деревянченко Александра Дмитриевича
Курс 2 Группа ТСН-161
Направление (специальность) 23.05.02 Транспортные средства специального назначения
Руководитель: Дюндик Ольга Сергеевна
Выполнение и подготовка к защите КП
Структурный анализ механизма
Проектирование и кинематический анализ механизма
1 Построение крайних положений звеньев механизма
2 Построение разметки механизма
3 Кинематический анализ исходного механизма
4 Определение скоростей методом планов для 12-ти положений механизма.
5 Определение ускорений методом планов для 2-х положений механизма.
6 Кинематический анализ механизма методом диаграмм.
Кинетостатический (силовой) анализ механизма
1 Силовой расчет группы Ассура второго класса второго вида
2 Силовой расчет исходного механизма
3 Силовой расчет методом «жесткого рычага» Н.Е. Жуковского
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ..
Курсовой проект по дисциплине «Теория механизмов и машин» предусматривает исследование кривошипно-ползунного механизма по трем основным разделам:
- структурный анализ.
- кинематический анализ.
- кинетостатический анализ.
Результатом структурного анализа является определение его класса по которому в дальнейшем можно выбрать методы его последующих исследований. Помимо того также определим класс кинематических пар в составе механизма и его подвижность.
Кинематический анализ предусматривает расчет кинематических характеристик. В данном разделе строятся положения механизма в различные моменты времени рассчитываются скорости ускорения перемещения точек и звеньев. Расчеты ведутся методом планов (т.е. решение уравнений векторным способом) и методом кинематических диаграмм.
Силовое исследование механизма основывается на принципе Д’ Аламбера. При котором к статически определяемой структурной группе помимо действующих внешних сил добавляют силы инерции и рассматривают эту группу Ассура как находящуюся в равновесии. Кинетостатический расчет проводится методом планов сил а в качестве результата определяется уравновешивающая сила на ведущем звене механизма.
Структурный анализ механизма.
Структурный анализ позволяет разобраться в устройстве механизма. Основные цели которые должны быть достигнуты в данном разделе – это:
- Определение структуры механизма;
- Расчет подвижности механизма.
Общее число звеньев механизма N=6.
Определим подвижность механизма по формуле Чебышева:
где n – количество подвижных звеньев (n =5) Р5 – количество пар пятого класса Р4 - количество пар четвертого класса.
Изобразим структурную схему механизма:
Рис. 1.2 Структурная схема
Количество пар пятого класса Р5 : (0;1)(1;2)(2;3)(3;0)(3;4)(4;5)(5;0).
Количество пар четвертого класса Р4 = 0.
Подвижность механизма:
Запишем формулу строения механизма:
(И.М.)23(II2)45(II2)
Класс механизма – II.
Проектирование и кинематический анализ.
В данном разделе решаются задачи кинематического анализа механизма а именно: строится разметка механизма для двенадцати его положений; определяются положения центров масс звеньев; строятся планы скоростей и ускорений; определяются значения скорости ускорения и перемещения выходного звена; определяются крайние положения механизма.
1. Построение крайних положений звеньев механизма.
Крайние положения механизма определяется взаимным расположением кривошипа 1 и шатуна 2 поэтому построение крайних положений начинаем с этих звеньев.
В выбранном масштабе характеризуемом масштабным коэффициентом = 0002 ммм произвольно размещаем стойку О. На расстоянии х=70 мм от стойки строим стойку О2 после чего строим направляющую линию хода ползуна t-t. Крайние положения точки А будут в тех двух случаях когда кривошип и ползун будут параллельны и лежат на одной линии. Полученные точки обозначаем одновременно определяются и крайние положения шатуна С0 и С’.
2. Построение разметки механизма
Разметкой механизма называется ряд последовательных положений его звеньев в зависимости от положения начального звена охватывающий весь цикл движения этого звена.
Расстояние на окружности движения кривошипа разбиваем на 12 частей начиная с положения А0. Получаем 11 промежуточных положений точек А определяющих положения кривошипа ОА. С помощью геометрических построений определяем 11 положений точек В и С.
Центр тяжести звена ВС определяем из условия ВS4=140 мм. 2.3. Кинематический анализ исходного механизма
Требуется определить скорость и ускорение точки А.
Скорость точки А находим по формуле:
где 1 – угловая скорость кривошипа с-1.
l1 – длина кривошипа м.
Скорость точки А направлена перпендикулярно к звену O1А в сторону его вращения (в данном случае против часовой стрелки.)
Полное ускорение точки А кривошипа состоит только из нормальной составляющей т.к. угловая скорость кривошипа принята постоянной. Определяем:
Выбираем масштабный коэффициент плана скоростей V:
где VA скорость точки A мс
Pa- изображающий ее отрезок на плане скоростей =75 мм.
Из полюса P в направлении вращения кривошипа перпендикулярно к OA откладываем отрезок Pa изображающий вектор скорости точки A.
Определяем скорость точки В:
где BA- вектор скорости точки B в ее вращательном движении относительно точки A перпендикулярно к оси звена AB.
Из точки а на плане скоростей перпендикулярно оси звена AB проводим прямую до пересечения с линией действия скорости точки B в результате чего получаем отрезок Pb изображающий вектор скорости точки B и отрезок ab изображающий вектор скорости звена AB.
Скорость точки S4 находим из условия подобия:
Соединив точку S4 с полюсом P найдем отрезок изображающий вектор скорости точки S4. Тогда:
Угловую скорость шатуна BС определяем по формуле:
Делаем подобные вычисления и построения для всех 12 положений механизма. Результаты вычислений приведены в таблице ниже:
План скоростей для 12 положений механизма:
5. Определение ускорений методом планов для 2-х положений механизма.
Находим нормальное ускорение точки A:
Выбираем масштабный коэффициент плана ускорений a:
где aA – нормальное ускорение точки A мс2
Pa – изображающий ее отрезок на плане ускорений = 68 мм.
Для построения плана ускорений:
строим вектор ускорения точки A из конца вектора Pa a1 строим луч параллельный звену АВ и на этом луче откладываем отрезок (aсвn )
aC прямую перпендикулярно АВ.
cтроим луч параллельный звену BO2 и на этом луче откладываем отрезок
из конца отрезка aBO2n ) проводим прямую перпендикулярно BO2.
точка пересечения этих двух прямых Pa aв определяет ускорение точки В на плане ускорений.
определим величину вектора Pa aс из соотношения: (Paaв)(Paaс)=(O2 B)(O2C)
и откладываем от полюса Pa на линии действия вектора ускорения точки В. Конец вектора определяет ускорение точки C на плане ускорений.
из конца вектора Pa aC проводим прямую перпендикулярно к горизонтальной линии проходящую через полюс Pa.
точка пересечения с линией определяет ускорение точки aс на плане ускорений.
строим вектор кориолисово ускорение aк: из конца вектора Paaс строим вектор перпендикулярный Vв и на этом луче откладываем отрезок aк
Ускорения центров масс определяем по свойству подобия:
Результаты вычислений для 2-х положений показаны в таблице ниже:
Планы ускорений для 1 и 2 положений:
Диаграмма скорости выходного звена строится в зависимости от функции времени. Для построения и дальнейших расчетов выбираем масштабный коэффициент по оси абсцисс: t21L t = 00062 смм.
На графике отрезок на оси абсцисс берем равным 240 мм.по оси ординат находим: VГ=VBmax60=0.032 (мс)мм.
После определения масштабных коэффициентов приступаем к построению диаграммы скорости точки В выходных звеньев в системе координат V(t).Для этого на оси абсцисс откладываем отрезок 0-12равный 240 мм. Затем делим отрезок 0-12 на двенадцать равных частей и отмечаем точки 012 12. Проводим ординатные прямые через эти точки и на этих прямых с учетом выбранного масштаба откладываем значения скорости точки В-получаем отрезки 1-12-2 12-12 определяемые по формуле: ВnГ=ВnVГ. Соединив точки 0 1 12 плавной кривой получим диаграмму скорости точки В.
Диаграмма перемещения точки В строится методом графического
Интегрирования способом хорд. Данный метод заключается в следующем:
Из середины отрезка соединяющего точки 0 и 1 на оси абсцисс проводится перпендикуляр до пересечения с графиком скорости. Из найденной точки проводится горизонталь до пересечения с осью ординат.
Откладываем на расстоянии в качестве полюса точку Р. Из
точки найденной пересечением горизонтали с осью ординат проводим отрезок в точку Р. Получившийся отрезок переносим на график перемещений таким образом чтобы начало отрезка то есть точка Р находилось в 0 на графике S(t) а пересечения отрезка с вертикалью из точки 1 задаст конец.
Таким же образом рассмотрим все интервалы. В результате получим ряд отрезков каждый из которых переносим на график перемещений аналогичным образом за начало следующего отрезка принимая точку 1 и т.д. Затем соединяем точки плавной кривой и получаем искомый график. Масштабный коэффициент по
оси ординат определяется как: SГ=VГ*t*OP=0.002 ммм.
Диаграмма ускорения точки В строится методом графического дифференцирования способом хорд. Данный метод заключается в следующем:
Проводим хорду которая соединяет концы начальной и конечной ординат кривой на данном интервале.
По оси абсцисс выбираем произвольную точку Р (в данном случае ОР=40 мм) в качестве полюса. Из этой точки проводим до пересечения с осью ординат луч параллельный хорде на оси ординат получаем отрезок выражающий в некотором масштабе величину производной в средней точке интервала.
Таким же образом рассмотрим все интервалы. В результате получим ряд точек каждая из которых расположена в середине соответствующего интервала. Затем соединяем эти точки плавной кривой и получаем искомый график.
Масштабный коэффициент по оси ординат определяется как: аГ=VГt*OP)=0.05 (мс2)мм.
Проектирование нового механизма всегда включает его силовое исследование
так как по найденным силам производится последующий расчет на прочность
элементов кинематических пар и звеньев механизма.
При силовом исследовании решаются следующие основные задачи:
а) определяются силы действующие на звенья и реакции в кинематических парах
б)определяется уравновешивающая сила (момент силы).
В курсовом проекте силовой расчет ведется методом кинетостатики. Метод
кинетостатики основан на принципе Даламбера который применительно к механизмам можно сформулировать так: если ко всем внешним силам действующим на систему звеньев добавить силы инерции тогда под действием
всех этих сил система звеньев может условно считаться находящейся в равновесии.
При кинетостатическом расчете кинематическую цепь механизма разбиваем на
группы Ассура которые являются статически определимыми. Расчет ведем путем
последовательного рассмотрения условий равновесия отдельно каждой группы
начиная с наиболее удаленной от исходного механизма последним рассчитывается
ведущее звено. Определение реакций в кинематических парах механизма ведем без учета трения методом планов сил при постоянной угловой скорости кривошипа.
1. Силовой расчет группы Ассура II класса 2 вида.
Силовой расчет механизма ведем для положения №1 к которому построен
план ускорений. Зарисовываем группу в масштабе l=0002 ммм сохраняя положения звеньев и нагружаем силами.
Cила сопротивления Рпс=2400 Н (определено из диаграммы сил полезного сопротивления).
Прикладываем силы веса G4=130H
В шарнире В прикладываем неизвестную реакцию RO5 перпендикулярную направляющей а в шарнире А-нормальную и тангенсальную составляющие реакции R34n.
Для того чтобы определить RO5 и R34n запишем уравнение равновесия всей группы в векторной форме:
Векторы сил известные по величине и направлению подчеркнуты двумя
чертами известные только по направлению действия одной чертой в данном случае это силы RO5 и R34n.
Для построения плана сил определяем масштабный коэффициент плана сил а отрезки выражающие векторы сил на плане получаются делением
натуральных значений сил на масштаб плана. Размещая векторы RO5 и R34n рядом находим точку их пересечения которая определяет величины этих векторов и их точные направления.
Для определения численных значений неизвестных реакций и R34 необходимо измерить отрезки которыми обозначаются данные реакции на плане сил и умножить их на масштабный коэффициент плана.
Полученные значения сил заносим в таблицу:
2 Силовой расчет ведущего звена.
Зарисовываем звено в масштабе l=0002 ммм прикладывая в точку А известную реакцию R21(которая равна и противоположна по направлению R12).
Освобождаем звено от связей со стойкой и прикладываем вместо нее реакцию R01.
Уравновешивающую силу Рур направляем перпендикулярно кривошипу. На кривошип действует сила веса G1=650 в точке О1.
Запишем векторное уравнение сил действующих на ведущее звено:
Из всех сил действующих на кривошип неизвестными являются величина Рур и направление реакции R01. Уравновешивающую силу целесообразно определить из уравнения равновесия кривошипа в форме моментов относительно точки O.
Решая уравнение относительно точки О получаем: Рур=22488 Н.
Строим план сил в предварительно выбранном масштабе р=24 Нмм и определим из него вектор искомой реакции R01. По правилу сложения векторов этот вектор направлен к началу Рур.
Полученные значения заносим в таблицу:
3 Определение уравновешивающей силы методом «жесткого рычага» Н.Е. Жуковского.
Для проверки правильности построения планов сил и определения реакций в
кинематических парах механизма необходимо определить уравновешивающую
силу на входном звене с помощью теоремы Н.Е.Жуковского о «жестком рычаге».
Из полюса Р в произвольном масштабе переносим план скоростей повернутый на 90° относительно его нормального положения. В концы векторов скоростей точек в которых действуют приложенные к механизму силы переносим их. Уравновешивающая сила Рур действует перпендикулярно кривошипу. Момент представим в виде пары сил Рии5’=Рии5’’=Ми5lBC с плечом приложим их в соответствующие точки плана. Составляем уравнение равновесия плана скоростей как условного жесткого рычага в форме моментов сил относительно полюса плана скоростей:
Рур*0076+Рии5’*003+Рии5’’*002+Рин5*0067+G4*0027+Рпс*0067=0.
Следовательно Рур=24936 Н.
Полученный результат расчета Рур принимаем как точный т.к. он получается наиболее кратчайшим путем и сравниваем его с результатом расчета при определении реакций:
Где Рурж – величина уравновешивающей силы вычисленная по методу Жуковского Рур – величина уравновешивающей силы вычисленная методом планов.
При структурном анализе механизма был определен класс механизма – II класс. Также были определены подвижность – W=1 и класс кинематических пар в составе механизма.
Результатом кинематического анализа является определение кинематических характеристик данного механизма. Были построены положения механизма в различные моменты времени рассчитаны скорости ускорения и перемещения точек и звеньев. Расчеты проводились графоаналитическим методом (методом планов) и графическим методом (метод диаграмм).
При силовом исследовании механизма был использован метод планов сил который основывается на принципе Д’Аламбера и освобождаемости от связей. В результате построений планов сил для каждой из структурных групп в отдельности найдена уравновешивающая сила на ведущем звене и для правильности расчета методом сил определена уравновешивающая сила методом «жесткого рычага» Н.Е. Жуковского. При сравнении найденных Рур погрешность составила 981% что говорит о правильности расчетов.
Проектирование и кинематика плоских механизмов. Учебное пособие. Составители: Н.Н. Федоров. Издательство ОмГТУ Омск 2000 144 с.
Кинетостатика плоских механизмов и динамика машин. Учебное пособие. Составители: Н.Н. Федоров. Издательство ОмГТУ Омск 2000 144 с.
Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. Учебник для вузов -М.: Наука 1988 640 с.

Чистовик.cdw

План сил выходного звена
Силовой расчет структурной
группы для положения №2
Силовой расчет исходного
Жесткий рычаг" Н.Е Жуковского
Расчет группы Ассура
II класса для положения №2
I класса для положения №2
Механизм строгального станка
с вращающейся кулисой
Диаграмма перемещения
Диаграмма сил полезного сопротивления