Проектирование и исследование механизмов рулевой машины

Приложение П3.pdf

Московский государственный технический университет
Факультет "Робототехники и комплексной автоматизации
Кафедра "Теории механизмов и машин
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ
к курсовому проекту на тему:
Проектирование и исследование механизмов
Расчетно-пояснительная
Проектирование и исследование механизмов рулевой машины" содержит
страницы машинописного текста 13 рисунков 6 таблиц. 1
В расчетно-пояснительной записке приведено: проектирование
основного механизма рулевой машины определение закона движения
звена приведения и определение времени цикла кинето-статический
силовой расчет основного рычажного механизма проектирование
цилиндрической эвольвентной зубчатой передачи проектирование
планетарного механизма проектирование кулачкового
механизма с коромысловым толкателем.
Определение закона движения механизма
1. Постановка задачи
2. Синтез основного механизма
2.1. Исходные данные
2.2. Определение размеров механизма
3. Определение кинематических передаточных функций
4. Построение диаграммы движущей силы
5. Построение диаграммы приведенных моментов
6.Построение диаграммы суммарной работы
7. Построение диаграммы приведенных моментов
8. Построение диаграммы угловой скорости звена
9. Построение диаграммы времени и определение
10. Построение диаграммы угловой скорости звена
приведения в функции времени
11. Определение углового ускорения звена приведения
Силовой расчет механизма
1. Исходные данные для силового расчета механизма
2. Построение планов скоростей и ускорений
Нумерация страниц в оглавлении число таблиц страниц и рисунков соответствует
реальной записке взятой в качестве примера.
2.1. Построение плана скоростей
2.2. Построение плана ускорений
3. Определение главных векторов и главных
моментов сил инерции
4.Кинетостатический силовой расчет механизма
4.2. Группа звеньев 2-3
Проектирование цилиндрической эвольвентной зубчатой передачи и
планетарного редуктора
1. Проектирование зубчатой передачи
1.1. Исходные данные для проектирования
1.2. Геометрический расчет зацепления
1.3. Выбор коэффициентов смещения
2. Проектирование планетарного редуктора
2.2. Условия подбора чисел зубьев
2.3. Подбор чисел зубьев
Проектирование кулачкового механизма
1. Исходные данные для проектирования
2. Построение кинематических диаграмм
3. Определение основных размеров кулачкового
4. Построение центрового и конструктивного
5. Построение диаграммы углов давления
Приложение 1. Техническое задание на проектирование
Приложение 2. Распечатка расчета геометрии зубчатой передачи
Определение закона движения механизма.
1. Постановка задачи: Для заданного механизма рулевой
машины при известных массах и моментах инерции звеньев заданном
законе изменения момента аэродинамического сопротивления заданном
законе изменения результирующего давления в цилиндре с учетом
остановки механизма в конечном положении с мягким ударом 1n=0
определить закон движения и время цикла движения механизма.
Допущения: звенья механизма абсолютно жесткие
кинематические пары идеальные.
2.1. Исходные данные для синтеза по трем положениям
Линейные координаты точки В ползуна 3
Углы поворота ведомого коромысла 1 по
отношению к его начальному положению
Положение центра масс шатуна 2
Аналитический метод решения.
Координаты точек B i (i=123) определяются проекциями векторной
суммы Si +e на координатные оси:
yBi = -αi sin i + b sin(γ i - i ).
ai = S i b = e i = i - 1 γ i = 90 ° - для кривошипноползунного механизма.
Координаты точки A (xA yA ) окружности проходящей через точки
B i с координатами (xBi yBi ) определим по системе трех уравнений с
тремя неизвестными xA yA и l2 :
( xBi - xA )2 + ( yB i - yA )2 = l2 2 .
l2 =lAB= ( xB1 - xA )2 + ( yB1 - yA)2
l1 =lAO= ( x2A + y2A
начальная угловая координата
Определение хода поршня
HB= S1 - S3 = 0.344 - 0.134 = 0.21 м.
Определение положения центра масс звена 2
l АS2 = λS lАВ = 0.330.266 = 0.088 м.
Вычерчиваем на листе кинематическую схему основного
рычажного механизма в произвольном положении в масштабе l = 400
ммм и строим планы положений механизма в начальном и конечном
положениях. Угол поворота начального звена 1 разбиваем на 6 равных
интервалов по 10 градусов и в направлении угловой скорости проставляем
номера позиций. Отсчет угла поворота 1 производим от положения
кривошипа соответствующего его начальному положению - 10 = 61.6°.
Для выбранных 7 положений начального звена механизма по
векторному уравнению
с использованием пропорции
строим планы возможных скоростей. По отрезкам этих планов определяем
кинематические передаточные функции необходимые для определения
характеристик динамической модели механизма - приведенного
суммарного момента и приведенного момента инерции. Для исследуемого
механизма передаточные функции определяются по следующим
VqB = (pvbpva) VqS2= pvs2pva
u21 = (abpva)(lAOlAB).
Результаты расчета передаточных функций приведены в таблице 1.1.
Диаграммы передаточных функций
По данным приведенным в этой таблице строим на листе
диаграммы передаточных функций для центров масс звеньев в масштабе
и диаграммы передаточных отношений для звеньев совершающих
плоское или вращательное движение
4. Построение диаграммы движущей силы.
Для построения диаграммы движущей силы необходимо
предварительно по условиям мягкого удара 1n = 0 AΣn = 0 и Acn = -Aдn
определить давление р.
Работа момента сопротивления
Acn = 0.5 Mc1max 1max = 0.518001.047 = 942.3 Дж.
Работа движущей силы
Aдn = р SпHB - р SпHB = 942.3 Дж
Sп = dп2 4 = 3.14 0.0362 4 = 0.001 м2
ход поршня на участке разгона HB= 0.12 м
на участке торможения HB= 0.09 м.
Откуда давление в цилиндре в конце хода
р= [Aдn. - SпHBр]( SпHB)= [942.3 - 0.0010.1211000000)]
(0.0010.09) = (942.3- 1320)0.00009 =4197000 Па.
Индикаторную диаграмму строим по заданным значениям давления в
цилиндре рулевой машины. Отрезок хода поршня НВ i делим на 6
интервалов. В каждой точке деления строим ординату диаграммы
задавшись предварительно (при pi pmax = 1) максимальной ординатой ypmax
= 55 мм. Тогда текущее значение ординаты
ypi= ypmax ( pipmax )
где pmax= р = 110 кГсм2 = 11 МПа.
Масштаб индикаторной диаграммы
p = ypmax pmax = 5511 = 5 ммМпа.
При построении графика силы действующая на поршень ординаты
этого графика принимаем равными ординатам индикаторной диаграммы.
F = pSп = 50.001 = 5000 ммН = 5 ммкН.
Учитывая что механизм обладает одной степенью подвижности
можно упростить определение закона его движения. Для этого произведем
замену механизма его динамической моделью. Характеристиками
динамической модели являются: приведенный момент Mпр
приведенный момент инерции I .
Принимаем за звено приведения звено 1. Для исследуемого
механизма приведенный суммарный момент состоит из двух
составляющих: движущей силы силы веса звена 2 и момента силы
Mпр = Mпрд + MпрG2 +Mпрс .
Приведенный момент движущей силы определяется в каждом из 7
положений механизма по формуле
M д = F дi VqВi cos (F дi VqВi )
где F дi - значение движущей силы
yFдi - ордината силы сопротивления
F - масштаб диаграммы сил.
VqВi - значение передаточной функции в рассматриваемом
(F дi VqВi ) - угол между вектором силы и вектором скорости
точки ее приложения.
Приведенный момент силы веса звена 2 определяется по формуле
M G2 = G2 VqS2i cos (G2 VqS2i )= G2 VqS2yi
где G2 – вес звена 2
VqS2i - значение передаточной функции для центра масс звена 2
в рассматриваемом положении механизма
(G2 VqS2i ) - угол между вектором силы и вектором скорости
Результаты расчета сводим в таблицу 1.2.
мрад 0.075 0.053 0.029 0.005 -0.02
мрад 0.232 0.237 0.228 0.209 0.185 0.159 0.135
Диаграмма движущей силы .
Диаграмма суммарного приведеного момента .
Для определения ординат диаграммы приведенных моментов
Масштаб диаграммы по оси абсцисс определяем по формуле
= b 1max = 180 1.047 = 172 ммрад.
приняв базу диаграммы b = 180 мм.
6. Построение диаграммы суммарной работы.
Диаграмму суммарной работы интегрируя диаграмму суммарного
приведенного момента
Интегрирование проведем графическим методом приняв при этом
отрезок интегрирования равным
Тогда масштаб полученной диаграммы работы движущей силы будет
А = М k1 = 0.02172 34.4 =0.1 ммДж.
Диаграмма суммарной работы.
7. Построение диаграммы приведенных моментов инерции.
Инерционные характеристики звеньев механизма в его
динамической модели представлены суммарным приведенным моментом
инерции. При расчете эту характеристику динамической модели
представим в виде суммы двух составляющих переменной Ivпр = I IIпр и
постоянной Icпр = IIпр. Первая определяется массами и моментами инерции
звеньев передаточные функции которых постоянны вторые - массами и
моментами инерции звеньев передаточные функции которых переменны.
Проведем расчет переменной части приведенного момента инерции.
Для рассматриваемого механизма во вторую группу звеньев входят звенья
и 3. Звено 3 совершает поступательное движение звено 2 -плоское.
Расчет переменной части приведенного момента проводится по
следующим зависимостям:
Ivпр = I IIпр = I2Впр + I2Ппр+ I3пр
I2Ппр = m 2 VqS22 I2Впр = IS2 u212 I3пр= m3 VqB2
Результаты расчета сведем в таблицу 1.3.
Диаграммы приведенных моментов инерции
Диаграмму приведенных моментов инерции второй группы звеньев
8. Построение диаграммы угловой скорости звена приведения.
Диаграмма угловой скорости рассчитывается по формуле
где AΣ - суммарная работа Тнач – начальная кинетическая энергия ( в
нашем случае равна нулю) I Σпр - приведенный суммарный момент
Результаты расчета угловой скорости приведены в таблице 1.4.
Диаграмма угловой скорости
9. Построение диаграммы времени и определение времени цикла.
Время цикла определяется по диаграмме t = f (1 ). Для построения
этой диаграммы проведем интегрирование диаграммы угловой скорости
Воспользуемся методом графического интегрирования обратной
величины. При этом участок изменения обобщенной координаты на
котором проводится интегрирования разбивается на несколько малых
участков. В пределах каждого i -го участка кривая 1 = f (1) заменяется
прямой соответствующей среднеинтегральному значению 1ср i на этом
участке. На оси ординат вверх от начала координат откладываем отрезок
интегрирования k2 . Ординаты среднеинтегральных значений 1ср i
проецируем на ось ординат. Точки пересечения проецирующих линий с
осью ординат переносим по дугам окружности на продолжение оси
абсцисс и полученные на оси абсцисс точки соединяем прямыми с
концом отрезка интегрирования. На диаграмме времени из начала
координат параллельно прямой соединяющей точку соответствующую
ординате первого участка на продолжении оси x c концом отрезка
интегрирования k2 проводим прямую до пересечения с границей участка.
Из полученной точки выполняем аналогичные построения для второго
участка. Проведя такие построения для всего интервала интегрирования
получим график времени.этого графика
Принимаем отрезок интегрирования k2 = 23.3 мм тогда масштаб
t = k2 = 23.31722 = 2000 ммс.
10. Построение диаграммы угловой скорости в функции времени
Диаграмма угловой скорости 1 = f ( t ) в функции времени строится
по диаграммам 1 = f (1 ) и t = f (1 ) исключением переменной 1 .
При построении диаграммы 1 = f ( t ) принимаем следующие
масштаб угловой скорости
Для расчета углового ускорения звена приведения 1 = f(1 ) можно
воспользоваться двумя различными зависимостями:
= d1 dt = d1d1 d1dt = 1 d1d1
б). 1 = d1dt = М пр Iпр - 12(2 Iпр) (d Iпр d1).
Применение первой формулы приводит к большим погрешностям
так как она основывается на использовании одной из конечных
зависимостей расчета 1 = f (1 ). Кроме того в точках с нулевыми
значениями 1 расчет по этой формуле дает неверный результат 1 = 0.
Поэтому проведем расчет зависимости 1 = f(1 ) по второй формуле.
Результаты расчета угловой скорости приведены в таблице 1.5. Диаграмма
функции 1 = f(1 ) приведена на рис. 1.9.
Диаграмма углового ускрения звена приведения.
Разделы основной части расчетно-пояснительной записки по
листам 23 и 4 здесь не приводятся.
В ходе выполнения курсового проекта получены следующие
Определен закон движения звена приведения рулевой машины.
Построены диаграммы 1 =f(1) 1 =f(t) и 1 =f(1) определено время
цикла движения механизма tp = 0.05 c.
Для заданного положения механизма проведен силовой расчет
определены реакции в кинематических парах механизма и движущая сила.
Величина этой силы определенная при силовом расчете отличается от
значения определенного на первом листе на 1.52 %.
Спроектирована эвольвентная цилиндрическая зубчатая
передача с числами зубьев колес Z1=14 и Z2=20 коэффициентами
смещения Х1 = 0.7 и Х2 = 0.5 и коэффициентом перекрытия α = 1.144.
Спроектирован двухрядный планетарный редуктор с
передаточным отношением u1h= 4 с числами зубьев колес Z1 = 36 Z2 = 36
Спроектирован кулачковый механизм плунжерного насоса.
Минимальный радиус начальной шайбы кулачка r0= 0.044 м при
допустимом угле давления [] = 20 град. Радиус скругления толкателя rр=
Теория механизмов и машин: Учеб. для втузовК.В.Фролов
С.А.Попов А.К.Мусатов и др.; Под ред. К.В.Фролова.-2-е изд.перераб. и
доп. - М.: Высш. шк. 1998. - 496 с.; ил.
Попов С.А. Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по теории
механизмов и механике машин: Учеб. пособие для машиностроит. спец.
вузовПод ред. К.В. Фролова. .-2-е изд. перераб. и доп.-М.: Высш. шк.
Силовой расчет уравновешивание проектирование механизмов
и механика манипуляторов: Учебное пособие И.Н.Чернышева
А.К.Мусатов Н.А.Глухов и др.; Под ред. А.К.Мусатова. -М.: Изд-во
МГТУ 1990. - 80 с. ил.
Тимофеев Г.А. Проектирование зубчатых передач и планетарных
механизмов с использованием ЭВМ: Учеб.пособие для курсового
проектирования. - М.: Изд-во МГТУ 1993. - 56 с. ил.
Учебное пособие для курсового проектирования по Теории
механизмов. Часть 1. Под ред. Архангельской Т.А. - М.: Изд-во МГТУ
Попов С.А. Тимофеев Г.А. Проектирование кулачковых
механизмов с использованием ЭВМ: Учеб. пособие для курсового
проектирования. - М.: Изд-во МГТУ 1982. - 48 с. ил
Техническое задание на проектирование.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ РУЛЕВОЙ
Рулевая машина (рис.75а) предназначены для поворота руля
летательного аппарата с целью изменения траектории его полета.
Основным механизмом рулевой машины является кривошипно-ползунный
механизм АВС на валу А которого закреплен руль летательного аппарата.
Поворот руля осуществляется через шатун 2 от ведущего ползуна 3.
Поршень гидроцилиндра 4 жестко связан с ползуном.
Результирующее давление в цилиндре изменяется по закону
изображенному на рис. 75в. Величина давления р" определяется по
условию останова с мягким ударом. Подача масла в полости
гидроцилиндра производится шестеренчатым насосом 5. Вращение
шестерням насоса передается от вала электродвигателя 9 через
планетарный редуктор 8 (схема редуктора приведена на рис. 75г) и пару
зубчатых колес 6 и 7. Электродвигатель питается от источника питания 10.
осуществляется управляющим устройством 11 которое воздействует на
клапаны 12 и 13. При необходимости изменения траектории полета
летательного аппарата подается сигнал на устройство 11 которое
открывает соответствующий клапан и стравливает масло в накопительный
бачок. Предохранительные клапаны 14 служат для сброса избыточного
масла в бачок если давление в рабочей полости цилиндра превысит
максимально допустимое.
При переводе руля на угол 1max (из положения I в положение III) на
звено 1 действует момент трения Мс1 в опоре А закон изменения которого
от угла поворота 1 представлен на рис. 75б.
Метрический синтез кривошипно-ползунного механизма провести
по трем заданным положениям ползуна 3 эксцентриситету е и углам
поворота кривошипа при переходе из положения I в положения II и III.
При проектировании необходимо определить длины звеньев 1 и 2 и
начальную угловую координату звена 1.
В планетарном механизме смазка механизма принудительная.
Подача масла в зоны зацепления производится от плунжерного насоса с
приводом от кулачка-эксцентрика (Рис.75г). Кулачок установлен на валу
водила 7. Производительность плунжерного насоса 1 лмин ход плунжера
Примечания: 1. При расчете зубчатой передачи параметры
исходного контура принять стандартными.
Наименование параметра
Три положения точки С ползуна 3
Обознач Разме Числов
Углы поворота кривошипа при переходе
из первого положения в положения II и III
Эксцентриситет ползуна
Относительное положение центра масс на
Веса звеньев: коромысла 1
Моменты инерции звеньев относительно
осей проходящих через центры масс:
Максимальное значение момента трения в
Угловая координата звена 1 для силового
Числа зубьев колес 6 и 7
Модуль зубчатых колес 6 и 7

1LIST-VAR1.CDW

Курсовая работа по ТММ
Проектирование и исследование
механизмов горизонтально-ковочной
Определение закона движения основного механизма
МГТУ им. Н.Э.Баумана
ф-т СМ гр. 1-51 Вар.157б
Кинематическая схема механизма и планы положений
План возможных скоростей в пол.1
Диаграммы передаточных функций центов масс звеньев
Диаграмма передаточного отношения для звена 2
Приведенные моменты инерции и кинетичкая энергия второй группы звеньев
Диаграмма силы сопротивления
Диаграммы приведенных моментов
Диаграммы суммарной работы кинеттической энегрии и угловой скорости