Проектирование и исследование плоского рычажного механизма

кинематич.анализ мех-ма.cdw

Планы положений механизма
Диаграмма перемещений
Курсовой проект по дисциплине
теория машин и механизмов

Силовой анализ мех-ма.cdw

Схема маханизма в положении 1:
План сил гр.Ассура II
Курсовой проект по дисциплине
Теория механизмов и машин

Данил.doc

По заданным параметрам и кинематической схеме механизма произвести структурный кинематический и силовой анализ механизма (рис.1).
Исходные данные: К = 155; Н = 190 мм; n = 530 обмин; Рnc = 750 H; =
Структурный анализ механизма 5
Кинематический анализ механизма 6
1. Построение планов скоростей 6
2. Построение планов ускорений 8
3. Построение кинематических диаграмм 10
3.1. Построение графика SE = 10
3.2. Построение графика VE = 10
3.3. Построение графика аE = 10
Динамический анализ механизма 11
1. Определение масс механизмов 11
2. Определение сил тяжести звеньев 11
3. Определение сил инерции и моментов инерции звеньев 11
4. Определение уравновешивающего момента 12
5. Определение уравновешивающей силы при помощи
Рычага Жуковского 15
Список литературы 16
Целью курсового проекта по дисциплине «Теория механизмов и машин» является:
–закрепление расширение и углубление теоретических знаний по основным разделам курса;
–приобретение навыков практического применения полученных теоретических знаний и комплексному решению конкретных задач предусмотренных курсовым проектом;
–получение навыков самостоятельного и творческого подхода к решению конкретных инженерных задач;
–развитие необходимых навыков по проведению расчётов и составлению технико-экономического обоснования применяемых технологических решений;
–обучение самостоятельному пользованию специальной литературой: каталогами справочниками стандартами нормалями;
–выработки навыков оформления технической документации составление пояснительной записки и оформление чертежей и схем согласно стандартам ЕСКД.
–овладение навыками использования современных средств вычислительной техники при решении конкретных инженерных задач;
–подготовка к более сложным последующим курсовым проектам по дисциплинам и к заключительному этапу учебного процесса — выполнению и защите дипломного проекта.
Структурный анализ рычажного механизма
Кривошипно-шатунный механизм состоит из следующих звеньев:
— неподвижная стойка
Количество подвижных звеньев n = 5; количество низших кинематичевких пар
Pn = 7; количество высших кинематических пар pв = 0.
Число степеней подвижности W определяется по формуле Чебышева.
W = 3n – 2pn – pb ; W = 3 · 5 – 2 · 7 = 1.
Составим структурные группы механизма и определим их класс и порядок: Стойка - кривошип: механизм I-ого класса (рис.2а)
Камень кулисы - кулиса: группа Ассура II-ого класса 2-ого порядка (рис.2б)
Шатун — ползун: группа Ассура II-ого класса 2-ого порядка (рис.2в)
В результате исследуемый механизм обладает одной степенью подвижности образован путём последовательного присоединения к неподвижной стойке 0 и ведущему звену 1 двух групп Ассура состоящих из звеньев 23 и 45.
Формула строения механизма:
I (01) II2 (23) II2 (45)
Кинематический анализ механизма
1.Построение планов механизма
Определим угол максимального отклонения по вертикали (тета):
где k – коэффициент неравномерности движения механизмов
Определим длину звена механизма CD:
LCD = ; LCD = = 286 мм
где Н — расстояние между крайними положениями выходного звена
Вычисляем величину масштабного коэффициента:
Длины звеньев АВ и СВ находим с помощью графических измерений и масштабного коэффициента 1:
LАВ = АВ 1; LАВ = 17 00041 = 00697 [м] = 697 [мм]
LАС = АС 1; LАС = 41 00041 = 0168 [м] = 168 [мм]
LВС = СВ 1; LВС = 53 00041 = 02173 [м] 217 [мм]
Длину звена DE определяем произвольно LDE = 120 [мм]
2. Построение планов скоростей
Принцип построения плана скоростей связан со строением механизма т.е. кинематический анализ необходимо начинать от ведущего звена.
Определим угловую скорость ведущего звена:
где n — частота вращения ведущего звена:
Находим векторную скорость ведущего звена:
Определим масштабный коэффициент:
Вектор РВ1 проводится перпендикулярно АВ по направлению к угловой скорости 1.
Определим скорость VB3 (точки В) принадлежащей к 3-ему звену. Для этого составим систему уравнений; 1-ое уравнение в системе будет определять скорость VB3 по отношению к шарниру В1 2-ое уравнение в системе будет определять скорость точки В3 по отношению к точке С.
VB3 – проводится перпендикулярно CD по направлению движения угловой скорости 1 так как CD 3 – е звено присоединенное к неподвижной стойке то скорость точки VB3 будет абсолютная скорость соответственно она откладывается из полюсной точки.
Определим скорость точки D она находится графически из следующего соотношения:
Данный вектор откладывается на продолжении вектора PD3.
Для того чтобы определить скорость выходного звена VE5 необходимо составить систему уравнений.
Скорость выходного звена Е5 находится графических путём пересечения двух векторов. Из точки Р проводим отрезок РЕ5 параллельно оси х-х. Из точки D3 проводим D3Е5 перпендикулярно звену DЕ. Точка S4 середина отрезка D3Е5.
Используя план скоростей находим отрезки векторов скоростей:
Определяем действительные скорости:
3. Построение планов ускорений
Ускорение точек механизма находится в соответствии с последовательностью образующих механизм звеньев т.е. от 1-ого звена до 5-ого.
Для механизма I-ого класса определяем ускорение шарнира В:
Так как угловая скорость то касательное ускорение точки В по отношению к центру точки А будет равно нулю:
На чертеже выбираем полюсную точку П откладываем из неё отрезок ПВ1 параллельно звену АВ в направлении от точки В к точке А.
Определяем величину масштабного коэффициента:
Определим сначала ускорение аВ3 точки В3 принадлежащей 3-ему звену (кулисе). В данном положении механизма рассмотрим ускорение точки В3 по отношению к центру шарнира т. В1 и по отношению к центру вращения кулисы т. С.
где центростремительное ускорение т. В3 по отношению к шарниру
Вектор данного ускорения будет направлен в ту же сторону что и вектор скорости точки VB3 по отношению к центру шарнира точки В если его повернуть на 90º против часовой стрелки. Вектор обозначающий данное ускорение находим из соотношения:
Вектор тангенциального ускорения точки В3 относительно точки С направлен перпендикулярно к отрезку ВС.
Из конца вектора углового ускорения первого звена точки В1 перпендикулярно звену 3 проведём отрезок В1К и через точку К проведём прямую параллельно ВС. Затем из конца полюса П откладываем отрезок Пn3 и через точку n3 проведём прямую перпендикулярную ВС. На пересечении получим точку D3. Конец вектора ПD3 — абсолютное ускорение точки В3 кулисы. Соединив полюс П с точкой В3 получим отрезок ПВ3 = 25 [мм]. На продолжении отрезка ПВ3 определяем положения точки D3. Длину вектора ПD3 найдём из соотношения:
Определяем ускорение точки Е5. Запишем векторное уравнение ускорений точки относительно точек D3 и D5E6.
Из полюсной точки проведём отрезок ПЕ5 параллельный оси х-х. Из точки D3 проведём отрезок D3Е5 перпендикулярный звену DE. Точка S4 середина отрезка D3Е5.
Определим действительные ускорения:
Определяем угловое ускорение:
4 Построение кинематических диаграмм
Построение графика перемещения т.Е функции
Перемещение точки Е движения кривошипа из нулевого положения в первое выражаем отрезком Е0Е1. Если отрезок Е0Е1 измерить непосредственно на схеме и отложить ординату равную его длине в первом положении во втором Е0Е2 в третьем отрезок Е0Е3 и т.д.
перемещений графика совпадает с масштабом е длины схемы механизма. Соединив концы ординат главной линией кривой получим график
Под графиком перемещения точки Е строим новую систему координат для графика скоростей. Величина на графике есть длина векторов скоростей для точки Е. При равенстве масштабов на оси ординат.
График строим из графика методом графического дифференцирования. На участке 0-1 точка пересечения луча параллельно хорде на первом участке графика сносятся горизонтальной прямой на середину первого участка графика и т.д.
Соединяем плавной кривой точки соответствующие наглядным участкам первого цикла с первым участком следующего цикла.
Динамический анализ механизма
1.Определение масс звеньев
звеньев определяется по формуле:
где Li – длина звена q – масса звена приходящаяся на 1 метр длины
Масса ползуна механизма в 5 раз превышает массу начального звена.
2.Определение сил тяжести звеньев
Вес механизма звеньев определяется по формуле:
где mi — масса i-ого звена g – ускорение свободного падения ( g=98 мс )
3.Определение сил инерции звеньев и момента инерции звеньев
Находим силы инерции и моменты от сил инерции которые прикладываются в соответствии с правилом: силы инерции — в точках центра тяжести направленные в противоположную сторону от ускорений этих точек а моменты от сил инерции противоположно угловым ускорениям.
где аsi – ускорение центра масс i-ого звена i – угловое ускорение i-ого звена Ii – момент инерции i-ого звена.
Сила полезного сопротивления Рn.c приложена к выходному звену (ползун) проходит через центр масс и направлена против его движения.
4 Определение уравновешивающего момента методом плана сил
Последовательность определения уравновешивающего момента обратно последовательности образования механизма т.е сначала рассчитывается группа Ассура (45) затем группа Ассура (23) а потом группа Ассура (01).
Рассмотрим структурную группу (45):
Реакции в направляющих звеньях 4 и 5 рассчитываются из уравнения равновесия структурной группы (45).
Тангенциальную составляющую реакции в шарнире D найдём из уравнения моментов относительно точки Е.
Реакции R43 и R05 найдём графически измеряя длину вектора и умножая на коэффициент R = 20:
Рассмотрим структурную группу (23):
Реакции в направляющих звеньях 2 и 3 рассчитываются из уравнения равновесия структурной группы (23).
Величинуопределяем из уравнения моментов сил относительно точки С:
Реакции R03 найдём графически измеряя длину вектора и умножая на коэффициент R = 20:
Рассмотрим начальное звено: определим уравновешивающую силу для звена (01)
5.Определение уравновешивающей силы при помощи рычага Жуковского:
В курсовом проекте проведён структурный кинематический и динамический анализ рычажного механизма. Результаты проектирования дают возможность оценить кинематическую схему механизма станка по кинематическим и динамическим качествам с тем чтобы определить направление совершенствования кинематических схем подобных механизмов.
Более совершенные схемы механизмов можно получить применяя аналитические методы анализа и синтеза с использованием современной вычислительной техники.
Смелягин А.И. Теория машин и механизмов А.И. Смелягин — М.: ИНФРА-М 2008.- 12с.
Еськов Б.Б. Методические указания и задания Р.А. Жилин Ю.Б. Рукин — В.: ВГТУ 2006.- 55с.
Вульфсон И.И. Теория машин и механизмов И.И. Вульфсон Г.А. Тимофеев — М.: Академия 2008.- 10с.