Исследование рычажного механизма (насос)

1 лист в рамке.cdw

Схема механизма в 12 положениях
Годограф скорости точки S
исследование механизма
График перемещения точки F
График скорости точки F
График ускорения точки F
График углового ускорения звена ЕF
График угловой скорости звена ЕF

титульник.doc

Министерство образования РФ
Пермский государственный технический университет
Кафедра «Конструирование машин и сопротивление материалов»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по ТММ
Задание № 8 Вариант № 4
Студента гр. ТМСу-07
Руководитель проекта

2 лист.cdw

Расчетная схема группы II
Расчетная схема начального звена
План сил начального звена

3 лист.cdw

кинетической энергии маховика
Графики приведенных моментов сил
График перемещения точки F
График избыточных работ
График кинетической энергии звеньев

3 листредакция от 04.05.09.cdw

кинетической энергии маховика
График перемещения точки F
График избыточных работ
График кинетической энергии звеньев
Графики приведенных моментов сил

Пояснительная записка.doc

I. Кинематическое исследование механизма3
II. Кинетостатический расчет механизма10
III. Расчет маховика15
I. Кинематическое исследование механизма
а=031 м lAB=015 м lBC=031 м lCE=055 м lCD=038 м lEF=06 м
число оборотов n=220 обмин.
Насос предназначен для перекачивания жидкости при прямом и обратном ходе поршня 5 который приводится в движение шестизвенным кривошипно-коромысловым механизмом состоящим из кривошипа 1 шатунов 2 и 4 коромысла 3 и стойки 6.
1 Исследование механизма графическим методом.
1.1 Определение предельных положений механизма. Для чего:
- Выбираем масштабный коэффициент (для данной схемы )
- пересчитываем размеры звеньев в размеры схемы: Остальные размеры звеньев рассчитываются аналогично.
- Предельные положения механизма будут тогда когда кривошип 1 и шатун 2 располагаются на одной кривой. Методом засечек определяем крайние положения механизма.
- Крайнее левое положение принимаем за нулевое.
1.2 Построение схемы механизма в 12 положениях методом засечек в соответствии с направлением движения ведущего звена.
1.3 Построение графика перемещения точки F (выходного звена).
- Выбираем масштабные коэффициенты.
(т.к. отрезки со схемы берутся без изменения).
Для нахождения на оси второго крайнего положения не попадающего в точку деления используем принцип пропорциональных частей.
2 Исследование механизма методом планов скоростей и ускорений.
2.1 Построение планов скоростей.
- Находим угловую скорость кривошипа 1
- (т.к. это стойки).
- . Вектор скорости перпендикулярен к АВ схемы и направлен в сторону вращения кривошипа АВ.
На чертеже выбираем произвольную точку Р - полюс. Из точки Р проводим вектор изображающий скорость точки В. Длину вектора выбираем произвольно. Для данной схемы выберем длину = 50 мм.
- Выбираем масштаб плана скоростей
- Записываем векторные уравнения скоростей:
- вектор относительной скорости точки С в ее движении относительно точки В - вектор относительной скорости точки С вокруг точки D.
Величины этих векторов неизвестны. По направлению . Исходя из этого согласно первому уравнению системы из точки проводим луч соответственно схемы а согласно второму уравнению из точки Р луч . Пересечение лучей дает точку с- конец вектора . Точку с соединяем с полюсом Р.
- Положение точки Е найдем из соотношения:
Проводим луч длиной се из точки с через точку Р.
- Скорость точки F находим из векторных уравнений:
Скорость точки F направлена поэтому проведя через точку Р линию параллельную направляющей (ХХ) и луч через точку Е перпендикулярный EF в точке их пересечения получаем конец f – вектора скорости точки F.
-Исходя из условия положение центров тяжести звеньев 2 и 4 в середине звеньев звена 3 – на 04 его длины от точки D. Положение центров тяжести звеньев определяем на плане скоростей исходя из пропорций по свойству подобия:
Соединив полученные точки с полюсом Р получим величину и направление скорости центров тяжести звеньев:
- Находим угловые скорости звеньев:
Аналогично рассчитываем другие положения механизма результаты расчетов сводим в таблицы:
Значение длин отрезков на плане скоростей мм.
Значение скоростей характерных точек звеньев механизма мс-1
2.2 Построение планов ускорений.
Так как частота вращения кривошипа постоянная то угловое ускорение звена 1 отсутствует. Абсолютное ускорение т. В равно нормальной составляющей.
Вектор направлен по звену АВ к центру вращения (точке А).
Из произвольной точки (полюс плана ускорений) проводим вектор изображающий . Длину вектора выбираем произвольно. В данном случае она равна 60 мм. Выбираем масштаб плана ускорений.
Записываем векторные уравнения ускорений:
- нормальное ускорение точки С относительно точки В направлено вдоль СВ от С к В.
- тангенциальное ускорение точки С относительно точки В направленное СВ.
- нормальное ускорение точки С относительно точки D направленное вдоль звена СD от С к D.
- тангенциальное ускорение точки С относительно точки D направленное СD.
соответствует отрезок плана длина которого:
Для нахождения ускорения точки Е используем принцип подобия
- нормальное ускорение точки F относительно точки E направлено вдоль FE от E к F.
- тангенциальное ускорение точки F относительно точки E направленное EF.
- ускорение неподвижной направляющей.
- ускорение Кориолиса в движении точки F относительно и вместе с ней. Вращательное движение ХХ отсутствует .
- относительное ускорение точки F относительно направлено вдоль направляющей XX.
Из точки е плана проводим EF (от F к Е) затем из точки n4 проводим луч EF (направление ). .
Из точки проводим луч ХХ. На пересечении лучей получается точка F которая соответствует вектору характеризующего . По величине .
Положение точки S1 найдем из принципа подобия:
Положение точки S2 найдем соединив точки С и В по принципу подобия:
Положение центра тяжести S3 найдем по принципу подобия:
Угловые ускорения звеньев:
Направления угловых ускорений определяем следующим образом:
- определяется установкой вектора в точку С схемы. вращает звено СВ относительно точки В против часовой стрелки.
- определяется установкой вектора в точку С схемы. вращает звено СD относительно точки D по часовой стрелке.
- определяется установкой вектора в точку F схемы. вращает звено FE относительно точки E по часовой стрелке.
Значение длин отрезков на плане ускорений мм
Значение ускорений характерных звеньев механизма мс-2
Значение угловых скоростей звеньев механизма рад с-1
Значение угловых ускорений звеньев механизма рад с-2
3 Построение графиков скорости и ускорения точки F.
Под системой координат S-φ строим систему координат V- φ с тем же расположением положений φ.
Выбираем масштабные коэффициенты.
(т.к ось оφ такая же как и на графике перемещения)
(т.к. отрезки с плана скоростей берутся без изменения).
Соединяем полученные точки.
Т.к. движение точки прямолинейное строим график полного ускорения для чего используем метод хорд.
Под системой координат V- φ строим систему координат а- φ с тем же расположением положений φ.
(т.к ось оφ такая же как и на графике скорости)
Найдем значения ускорений найденных графически и сравним с расчетными:
Графическое ускорение мс2
Расчетное ускорение мс2
4 Построение графиков угловой скорости и углового ускорения звена ЕF.
- График угловой скорости:
Под системой координат а-φ строим систему координат - φ с тем же расположением положений φ.
(т.к ось оφ такая же как и на графике ускорения)
- График углового ускорения:
Строим график используя метод хорд.
Под системой координат - φ строим систему координат - φ с тем же расположением положений φ.
(т.к ось оφ такая же как и на графике угловой скорости)
Возьмем значения угловых ускорений найденных графически и сравним с расчетными:
5 Построение годографа скорости точки F.
Выбираем произвольную точку О из которой откладываем векторы скоростей для всех построенных положений механизма. Каждый вектор откладывается из точки в одном и том же масштабе при соблюдении его направления согласно плану скоростей.
II. Кинетостатический расчет механизма
Сила сопротивления:
1 Определение сил инерции и моментов сил инерции звеньев механизма.
- Определяем величину силы инерции по формуле: .
Сила направлена противоположно ускорению центра тяжести звена.
- Определяем величину момента пары силы инерции по формуле: .
Направление действия момента пары сил инерции противоположно угловому ускорению звена.
т.к. звено 5 движется поступательно.
- направлен по часовой стрелке.
- направлен против часовой стрелки.
2 Определение реакций в кинематических парах структурной группы II2 (звенья 4 и 5).
- Разбиваем механизма на группы Асура.
- Действие отброшенных звеньев заменено действием реакций и которые необходимо определить.
Разложим реакцию на две составляющие: действующую вдоль звена EF и действующую перпендикулярно звену EF. При этом =+.
Реакция будет проходить чрез центр поршня F т.к. все силы действующие на звено 5 проходят через т. F.
Определяем реакции в кинематических парах диады 45 в соответствии с расчетной схемой и таблицей:
Уравнения равновесия
Структурной группы 4-5
Величина может быть непосредственно получена из уравнения равновесия для звена 4:
Размеры рычагов берем со схемы: ;.
Составляем уравнение равновесия структурной группы приравнивая нулю векторную сумму всех сил действующих на группу II2.
Строим план сил для диады 4-5:
Из точки m откладываем отрезок mc выражающий силу :
Затем к концу вектора в точке с прибавляется вектор ck соответствующий весу и т.д.
Из точки f проводим линию действия реакции а из точки m линию реакции . Точка а – точка пересечений линий.
Сложив геометрически и получим полную реакцию в шарнире Е.
Реакция во внутренней кинематической паре определяется из условия равновесия звена 5.
Чтобы получить реакцию соединяем точки а и b.
Для равновесия звена 4 необходимо замкнуть многоугольник сил действующих на звено. Соединяем точки b с а.
3 Определение реакций в кинематических парах структурной группы II1 (звенья 2 и 3).
Определенную ранее реакцию поворачиваем на 180о (получаем реакцию ) и прикладываем в точке Е звена 3 как известную внешнюю силу.
Определяем реакции в кинематических парах диады 2-3 в соответствии с расчетной схемой и таблицей:
Структурной группы 2-3
Сумма моментов всех сил действующих на звено 2 относительно точки с:
Сумма моментов всех сил действующих на звено 3 относительно точки с:
Составляем уравнение равновесия всей структурной группы:
Строим план сил для группы II1:
Из точки m откладываем отрезок
Согласно уравнению строим векторный многоугольник:
Из точек c и k проводим лучи параллельно линиям действия . На пересечении получаем точку b.
Отрезок bc – изображает реакцию . .
Отрезок hb – изображает реакцию . .
Для определения силы составляем уравнение равновесия звена 2:
Соединив конец вектора с началом получим в масштабе величину силы и ее направление.
4 Силовой расчет механизма первого класса.
Определим реакцию стойки и уравновешивающий момент .
Реакция со стороны звена 2 определена и включена в число известных сил: .
Величина уравновешивающего момента определяется из уравнения моментов сил относительно т.А.
Реакция стойки на звено I определяется из условия равновесия звена I.
III. Расчет маховика
- Скорости центров тяжести звеньев мс:
- Угловые скорости звеньев рад с-1:
- Коэффициент неравномерности хода: =009
- Средняя угловая скорость:
- Сила сопротивления:
- Значения углов между весом и скоростью центра масс 2 звена:
- Значения углов между весом и скоростью центра масс 3 звена:
- Значения углов между весом и скоростью центра масс 4 звена:
Определение момента инерции маховика производим по методу Мерцалова Н.И.
1 Рассчитаем приведенные параметры механизма:
- приведенный момент инерции:
- приведенный момент сил:
Аналогично рассчитываем другие положения механизма результаты расчетов сводим в итоговую таблицу.
2 Определим момент инерции маховика:
- Строим график приведенного момента сил сопротивления в масштабах и
- графическим интегрированием строим графики соответствующих работ в масштабе
- для построения графика избыточных работ вычитаем одноименные ординаты графиков работ результаты заносим в таблицу:
Масштаб построения:
- определяем кинетическую энергию для 12 положений механизма:
Строим график кинетической энергии звеньев в масштабе
-исходя из разности соответствующих ординат строим график изменения кинетической энергии маховика в масштабе
- найдем момент инерции маховика:
- введем поправку для уточнения расчетов:
С учетом поправки момент инерции маховика:
- определим размеры и вес маховика:
Задаемся диаметром маховика:
Проверяем максимальную окружную скорость на ободе:
Т.к. выбираем литой маховик из чугуна СЧ 12-28 с числом спиц .
Найдем теоретический вес маховика:
Найдем действительный вес обода:
Найдем площадь сечения обода:
Рассчитаем основные размеры маховика мм:
Значение основных параметров для расчета маховика
Для соединения маховика с валом используем шпонку призматическую обыкновенную. Шпонку выбираем по ГОСТ 10748-79 для диаметра вала 90 мм.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т.: Т 2 – 8-е изд. перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой – М.: Машиностроение 2001 – 912 с.
Машнев М.М. Красковский Е.Я. Лебедев П.А. Теория механизмов и машин и детали машин: Л.: Машиностроение 1980 – 512 с.
Турбин Б.И. Карлин В.Д. Теория механизмов и машин: - М.: «Высшая школа» 1968 – 336 с.
Фролов К.В. Попов С.А. Мусатов А.К. и др. Теория механизмов и машин: Учебник для втузов. Под ред. К.В. Фролова – М.: Высшая школа 1987 – 496 с.
Кобитянский А.Е. Силовой анализ механизмов: учебное пособие по курсу теории механизмов и машин: Пермь ПГТУ 2006 - 32 с.
Кобитянский А.Е. Расчет маховика: учебное пособие по курсу теории механизмов и машин: Пермь ПГТУ 2007 - 28 с.
Р.П. Андреев А.Е Кобитянский И.А. Луненков и др. Учебное пособие по теории механизмов и машин для студентов-заочников: Под ред. проф. Н.М. Постникова Пермь: ПГТУ 2000 – 160 с.