Исследование рычажного механизма рабочей машины - Курсовой проект по ТММ

КП_ТММ_11 ПЗ.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«государственный технический университет»
по дисциплине «Прикладная механика»
на тему «Проектирование и исследование механизма»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
КП -2068998-У4-10-11
Выполнение и подготовка к защите КП
Кинематический анализ
Кинетостатический анализ
Курсовой проект на тему «Проектирование и исследование механизма» включает в себя 4 таблицы 13 рисунков 3 литературных источника и 21 лист формата А4; графическая часть проекта состоит из 1 листа формата А1.
Теория механизмов решает задачи строения кинематики и динамики машин в связи с их синтезом и анализом.
Курсовой проект по дисциплине «Прикладная механика» предусматривает расчет механизма по трем основным разделам:
Кинематический анализ.
Кинетостатический анализ.
В каждом разделе выполняется определенный набор расчетов необходимых для исследования данного механизма.
Структурный анализ дает общее представление об устройстве исследуемого механизма. Данный раздел не предусматривает большого объема вычислений а только дает первоначальные сведения о частях и обо всем механизме в целом. Эти сведения будут необходимы в дальнейшем при расчете механизма.
Кинематический анализ базируется на результатах структурного анализа и предусматривает расчет кинематических характеристик. В данном разделе строятся положения механизма в различные моменты времени рассчитываются скорости ускорения перемещения точек и звеньев механизма. Расчеты ведутся различными методами в частности метод планов (т.е. решение уравнений векторным способом) метод кинематических диаграмм при котором строятся диаграммы кинематических характеристик и по ним ведется исследование механизма.
Кинетостатический анализ или силовой расчет позволяет рассчитать те силы и реакции которые действуют на механизм причем не только внешние силы такие как силы тяжести но и силы исключительно внутреннего характера. Это силы – реакции связей образующиеся при исключении каких-либо звеньев. В силовом расчете частично используются те же методы что и при кинематическом анализе.
Структурный анализ механизма
Основной задачей структурного анализа является определение групп Ассура из которых состоит механизм их класса порядка и класса самого механизма.
Кривошипно-ползунный механизм рабочей машины состоит из 4 звеньев:
О - стойка ОА - кривошип АВ - шатун В - ползун. Звенья образуют 4 кинематические пары: стойка-кривошип кривошип-шатун шатун - ползун ползун-стойка.
Подвижность механизма определим по формуле Чебышева П.Л.:
где n - число подвижных звеньев;
- число кинематических пар 5 класса; - число кинематических пар 4 класса;
В нашем случае следовательно в механизме одно звено способное совершать независимое движение.
Структурная схема механизма приведена на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Структурная схема механизма рабочей машины.
Формула образования механизма
Наиболее высокий класс группы входящей в состав механизма равен II следовательно представленный механизм второго класса [3].
Рис. 1.2. Кинематическая схема механизма.
1. Построение разметки положений механизма.
Крайние положения механизма определяется взаимным расположением кривошипа и шатуна поэтому построение крайних положений начинаем с этих звеньев.
В выбранном масштабе характеризуемом масштабным коэффициентом который показывает сколько метров длины содержится в одном миллиметре чертежа:
строим неподвижную точку (ось вращения кривошипа) далее вертикальную направляющую для ползуна. Затем проводим окружность радиусом (траектория движения точки). Крайние положения точки будут в тех двух случаях когда кривошип и шатун будут параллельны и лежат на одной линии. В первом случае обозначим как - начало рабочего и конец холостого ходов. Во втором случае - конец рабочего хода. Положение точек и определяются при построении крайних положений механизма на направляющей ползуна 3 соответственно.
Примечание: рабочим ходом считается такой ход механизма при котором ползун 3 движется против силы полезного сопротивления .
Фиксируем положение кривошипа через равные углы от начала рабочего хода в точке . Получаем 12 промежуточных положений точек определяющих положения кривошипа . С помощью геометрических построений определяем 12 положений точек . Центр тяжести звена (шатуна) определяем откладывая от точки отрезок . Все этапы построения представлены на рис. 2.1.1.
Рис. 2.1.1. Построение разметки механизма.
2. Построение планов скоростей механизма
По заданной угловой скорости вращения кривошипа 1 определяем скорость точки А принадлежащей кривошипу
Она направлена перпендикулярно к звену в сторону его вращения (в данном случае против часовой стрелки).
На примере первого положения построение начинаем с выбора масштабного коэффициента плана скоростей:
где -отрезок который будет изображать на плане скоростей скорость
Выбираем полюс плана скоростей-произвольную точку . Проводим из точки перпендикулярно кривошипу (например – для 1 положения) - прямую на которой откладываем вектор длиной в сторону вращения кривошипа. Для определения скорости ползуна точки можно записать следующие векторное уравнение:
где - скорость точки направлена по касательной к траектории движения точки принадлежащей кривошипу 1 перпендикулярно звену ; - скорость движения точки относительно направлена перпендикулярно звену . Таким образом чтобы построить надо из конца вектора провести перпендикуляр к до пересечения с линией движения ползуна (проведенной через полюс). Полученный вектор будет вектором скорости точки .
Положения точек S1 и S2 находятся путём откладывания от точки а отрезков as1 и as2 которые в свою очередь выражаются из следующих отношений:
Получим натуральные значения величин:
Угловая скорость шатуна определяется как
Рис. 2.2.1 Пример построения плана скоростей для 1 - го положения
Таблица 1 показывает значения скоростей элементов механизма в 12 положениях
Рис. 2.2.2. План скоростей в 12 – и положениях
3. Построение планов ускорений механизма
Построение плана ускорений рассмотрим на примере 1 положения механизма. Определяем масштабный коэффициент:
где – длина вектора ускорения A берется произвольно.
Для определения ускорения точки запишем векторное уравнение:
где -ускорение точки кривошипа 1;
-нормальное ускорение звена ; определяем как:
– расстояние между точками и м.
Переведем в мм. нормальное ускорение звена АВ:
Выбираем полюсное расстояние от полюса откладываем отрезок который будет равен мм.
Из конца проводим вектор в предварительно выбранном масштабе из его конца проводим линию действия вектора которая перпендикулярна линии действия предыдущего вектора. Её проводим до пересечения с линией действия ускорения ползуна которая проходит через полюс . Точка пересечения этих двух направлений определяет величины и направления векторов и оба они направлены стрелками к этой точке. Соединив отрезком прямой точки конца векторов и и направив его в сторона конца вектора получим вектор полного ускорения. Натуральные величины найдем используя масштабный коэффициент:
Для определения положения ускорения центра масс звена 1 запишем соотношение:
Отложив от точки плана ускорений отрезок на линии действия вектора и соединив точку с полюсом плана скоростей получим вектор ускорения точки а натуральная величина найдется как:
Ускорение центра масс звена 1 определяем по формуле:
Рис. 2.3.1. Пример построения плана ускорений для 1 и 8 положения механизма.
Угловые ускорения найдем через формулу:
Значения 1 и 8 положений механизма запишем в таблицу 2:
1 Силовой расчет методом планов
Основные задачи состоят в определении реакций в кинематических парах механизмов и в определении уравновешивающих сил (или моментов) приложенных к ведущим звеньям которые уравновешивают систему всех внешних сил и пар сил и всех сил инерция и пар сил инерции. В теории механизмов и машин широкое применение получил кинетостатический метод силового расчета механизмов который состоит в следующем. Если к точкам несвободной системы вместе с задаваемыми силами приложить мысленно фиктивные для этой системы силы инерции то совокупность этих сил уравновешивается реакциями связей. Этот прием позволяет свести решение задач динамики к решению задач статики. Примечание: Определение реакций в кинематических парах механизма при постоянной угловой скорости кривошипа будем вести без учета сил трения.
2 Определение силы полезного сопротивления
По перенесенной на лист заданной силовой диаграмме строим график силы сопротивления в зависимости от перемещения выходного звена на которое действует эта сила и определяем значение сил в двух положениях для которых ведем силовой расчет. Определяем масштабный коэффициент по оси силы полезного сопротивления:
Определяем значение силы в 8 положении:
Рис. 3.2. Схема нагружения
3. Силовой расчет прицепной структурной группы звеньев 2-3.
Силовой расчет механизма ведем для положения 8 к которому построен план ускорений. Зарисовываем группу в масштабе сохраняя положения звеньев прикладывая . Прикладываем также силы веса
Определим численные значения сил и моментов:
Момент направлен в сторону противоположную угловому ускорению.
Со стороны отброшенных звеньев в поступательной паре прикладываем неизвестную реакцию перпендикулярно направляющей ползуна и в шарнире прикладываем также неизвестную реакцию которую можно разложить на составляющие согласно равенству:
Определяем тангенциальную составляющую составляя уравнение звена 2 в форме моментов относительно точки :
Точное направление определиться знаком полученного результата при отрицательном результате направление следует принять за противоположное.
Для того чтоб определить и запишем уравнение равновесия всей группы в векторной форме:
Для построения плана сил определяем масштабный коэффициент плана сил а отрезки выражающие векторы сил на плане получаются делением натуральных значений сил на плане на масштаб на плане. Размещая векторы и рядом находим точку их пересечения которая определяет величины этих векторов и их точные направления а соединив начало с концом определяем вектор полной реакции в шарнире .
Рис. 3.3 План сил для схемы ползуна положения 11
4 Силовой расчет группы Ассура ведущего звена
Изображаем звено в масштабе прикладывая в точку известную реакцию (которая равна и противоположна по направлению ).
Освобождаем звено от связей со стойкой и прикладываем вместо нее реакцию R01. Уравновешивающую силу Pур направляем перпендикулярно кривошипу. Определим численное значение сил:
Запишем векторное уравнение сил действующих на ведущее звено:
Строим план сил в предварительно выбранном масштабе и определяем из него вектор искомой реакции R01.
Рис. 3.4 План сил для кривошипа положения 11
Полученные значения вычислений и построений заносим в таблицу 4
5 Силовой расчет методом «жесткого рычага» Н.Е. Жуковского
Рис. 3.5. Схема “Рычага” Н.Е. Жуковского
Составляем уравнение равновесия плана скоростей как условного
жесткого рычага в форме моментов сил относительно полюса плана скоростей:
Решая это уравнение относительно получаем и выражаем:
Полученный результат расчёта используем в формуле для нахождения Mu1* и сравниваем его с результатом расчёта при определении реакций:
При решении первого раздела был выполнен структурный анализ механизма а именно: была рассчитана подвижность механизма было рассмотрена структура механизма.
Во втором разделе «Кинематический анализ» были произведены расчеты по определению перемещений ускорений скоростей выходного звена механизма методом планов и методом кинематических диаграмм.
В заключительном третьем разделе рассмотрены построение планов сил действующих на звенья реакции в кинематических парах; уравновешивающая сила определена методом плана сил и методом рычага Н.Е. Жуковского. По результатам относительная погрешность значения уравновешивающего момента составляет 199%
Список использованной литературы
Фёдоров Н. Н. Кинетостатика плоских механизмов и динамика машин: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ 2001. 136 с.
Рязанцева И.Л. Прикладная механика. Схемный анализ и синтез
механизмов и машин: учеб. пособие И. Л. Рязанцева; Минобрнауки России ОмГТУ. – Омск: Изд-во ОмГТУ 2017.-184 с.
Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. Учебник для вузов–4 – е изд. перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1988 - 640 с.

КП_ТММ_11.cdw

Кинематический анализ механизма методом диаграмм
структурной гр. Ассура 2 класса 2 вида
Силовой расчет ведущего звена
Исследование рычажного
механизма рабочей машины
Разметка механизма в 12 положениях
План скоростей для 12-и положений механизма
Диаграмма перемещения
Диаграмма ускорения