960

Исследование физических свойств механизма

Курсовая

Физика

Определение недостающих размеров механизма. Определение уравновешивающей силы методом рычага Жуковского. Геометрический расчет равносмещённого зубчатого зацепления. Определение скоростей и частот вращения звеньев. Синтез плоского кулачкового механизма.

Русский

2013-01-06

449.5 KB

11 чел.

Содержание

  1.  Структурный анализ механизма
    1.  Исходные данные
    2.  Структурный анализ механизма
    3.  Определение недостающих размеров механизма
  2.  Кинематическое исследование механизма
    1.  Определение скоростей механизма
    2.  Определение угловых скоростей
    3.  Определение ускорений механизма
    4.  Определение угловых ускорений
  3.  Силовое исследование механизм
    1.  Определение сил тяжести звеньев
    2.  Определение сил инерции звеньев
    3.  Определение уравновешивающей силы методом рычага Жуковского
  4.  Синтез зубчатого привода
    1.  Геометрический расчет равносмещённого зубчатого зацепления
    2.  Синтез планетарного редуктора
    3.  Определение скоростей и частот вращения звеньев
  5.  Синтез плоского кулачкового механизма
  6.  Список литературы

  1.  Структурный анализ механизма.
    1.   Исходные данные:

Задание №20

Вариант №1

Кинематическая схема механизма

P=1450 Н

а=270 мм

b=112 мм

φ1=60°

φ2=120°

H=270мм

lO2B\lO2C=0,8

lСD\lO2C=7

m1=4кг

m2=5.5 кг

m3=16 кг

m4=19 кг

m5=46 кг

Js1=0,003кг·м2

Js2=0,03 кг·м2

Js3=0,1 кг·м2

Js4=7 кг·м2

m=2.5

Z4=15

Z5=45

lO4C=150мм

φу=75°

φд=5°

φв=75°

h=9мм

γmin=45°

βmax=18β°

;

Знак передаточного отношения редуктора : «––».

1.2 Структурный анализ механизма.

Механизм состоит из 5-ти звеньев: кривошипа 1, шатунов 2 и 4, коромысла 3, ползуна 5.

Степень подвижности механизма: ,где - число подвижных звеньев, - число одноподвижных звеньев, - число двухподвижных звеньев.

Согласно классификации Артоболевского данный механизм состоит из механизма первого класса, первого порядка (стойка - кривошип) и структурных групп второго класса, второго порядка (группы 2-3 и 4-5). Поэтому механизм является механизмом второго класса, второго порядка.

По классификации Ассура механизм является механизмом первого класса, второго порядка.

Разложение механизма на структурные группы Ассура:

Ведущее звено:

1 класс, 1 порядок по классификации Ассура

1 класс, 1 порядок по классификации Артоболевского

Структурная группа 2 - 3

1 класс, 2 порядок по классификации Ассура

2класс, 2 порядок по классификации Артоболевского

Структурная группа 4 - 5

1 класс, 2 порядок по классификации Ассура

2 класс, 2 порядок по классификации Артоболевского

1.3 Определение недостающих размеров механизма

Длину  определяем из отношения :

.

Длину  определяем из отношения :

.

Для нахождения размеров кривошипа и шатуна 2 составим систему:

где размеры и  берутся с чертежа.

Решив систему получим:

2. Кинематическое исследование механизма

2.1 Определение скоростей механизма

Расчет скоростей выполняется для 5-ого положения механизма.

Частота вращения кривошипа

Угловая скорость кривошипа:

Скорость точки А:

Масштабный коэффициент скоростей:

Скорость точки находим графически, решая систему:

На плане скоростей получим .

Абсолютная величина скорости точки :

Скорость точки  определяем по свойству подобия:

Скорость точки находим графически, решая систему:

На плане скоростей получим .

Абсолютная величина скорости точки :

Расчет скоростей выполняется для 7-ого положения механизма.

Частота вращения кривошипа

Угловая скорость кривошипа:

Скорость точки А:

Масштабный коэффициент скоростей:

Скорость точки находим графически, решая систему:

На плане скоростей получим .

Абсолютная величина скорости точки :

Скорость точки  определяем по свойству подобия:

Скорость точки находим графически, решая систему:

На плане скоростей получим .

Абсолютная величина скорости точки :

Расчет скоростей выполняется для 0-ого положения механизма.

Частота вращения кривошипа

Угловая скорость кривошипа:

Скорость точки А:

Масштабный коэффициент скоростей:

Скорость точки находим графически, решая систему:

На плане скоростей получим .

Абсолютная величина скорости точки :

Скорость точки  определяем по свойству подобия:

Скорость точки находим графически, решая систему:

На плане скоростей получим .

Абсолютная величина скорости точки :

Расчет скоростей выполняется для 2-ого положения механизма.

Частота вращения кривошипа

Угловая скорость кривошипа:

Скорость точки А:

Масштабный коэффициент скоростей:

Скорость точки находим графически, решая систему:

На плане скоростей получим .

Абсолютная величина скорости точки :

Скорость точки  определяем по свойству подобия:

Скорость точки находим графически, решая систему:

На плане скоростей получим .

Абсолютная величина скорости точки :

2.2 Определение угловых скоростей

Угловая скорость кривошипа ω1 постоянна.

.

Расчет угловых скоростей выполняется для 5-ого положения механизма

Угловая скорость шатуна АВ находится по формуле:

Угловая скорость коромысла СО2 находится по формуле:

Угловая скорость шатуна CD находится по формуле:

Расчет угловых скоростей выполняется для 7-ого положения механизма

Угловая скорость шатуна АВ находится по формуле:

Угловая скорость коромысла СО2 находится по формуле:

Угловая скорость шатуна CD находится по формуле:

Расчет угловых скоростей выполняется для 0-ого положения механизма

Угловая скорость шатуна АВ находится по формуле:

Угловая скорость коромысла СО2 находится по формуле:

Угловая скорость шатуна CD находится по формуле:

Расчет угловых скоростей выполняется для 2-ого положения механизма

Угловая скорость шатуна АВ находится по формуле:

Угловая скорость коромысла СО2 находится по формуле:

Угловая скорость шатуна CD находится по формуле:

2.3 Определение ускорений механизма

Ускорение точки  кривошипа:

Масштабный коэффициент ускорений:

На плане ускорений изображаем ускорение точки  отрезком .

Расчет ускорений выполняется для 5-ого положения механизма

Ускорение точки находим, решая систему:

параллельно и направлено от  к ;

перпендикулярно ;

, так как опора  неподвижна;

параллельно и направлено от  к ;

перпендикулярно .

Нормальные ускорения вычисляем по формулам:

На плане ускорений ускорение точки равно , абсолютная величина ускорения точки :

.

Ускорение точки  определяем по свойству подобия:

.

Абсолютная величина ускорения точки :

.

Ускорение точки находим, решая уравнение:

параллельно ;

перпендикулярно ;

Нормальные ускорения вычисляем по формулам:

На плане ускорений ускорение точки равно , абсолютная величина ускорения точки :

.

Расчет ускорений выполняется для 0-ого положения механизма

Ускорение точки находим, решая систему:

параллельно и направлено от  к ;

перпендикулярно ;

, так как опора  неподвижна;

параллельно и направлено от  к ;

перпендикулярно .

Нормальные ускорения вычисляем по формулам:

На плане ускорений ускорение точки равно , абсолютная величина ускорения точки :

.

Ускорение точки  определяем по свойству подобия:

.

Абсолютная величина ускорения точки :

.

Ускорение точки находим, решая уравнение:

параллельно ;

перпендикулярно ;

Нормальные ускорения вычисляем по формулам:

На плане ускорений ускорение точки равно , абсолютная величина ускорения точки :

.

2.4 Определение угловых ускорений

Расчет угловых ускорений выполняется для 5-ого положения механизма

Угловое ускорение кривошипа:

.

Угловое ускорение шатуна АВ:

Угловое ускорение коромысла ВО2:

Угловое ускорение шатуна CD:

Расчет угловых ускорений выполняется для 0-ого положения механизма

Угловое ускорение кривошипа:

.

Угловое ускорение шатуна АВ:

Угловое ускорение коромысла ВО2:

Угловое ускорение шатуна CD:

3. Силовое исследование механизма

3.1 Определяем силы тяжести звеньев:

3.2Определяем силы инерции звеньев механизма

При расчётах действие сил инерции  и моментов сил инерции  заменяем одной силой  с плечом относительно центра тяжести звеньев:

Для положения 5

lDK4 = lDS4 +JS4 \ m4 \ lDS4 =135*7*10-3+7/19/(135*7*10-3)=1,344 м

на чертеже lDK4 =190,7 мм

Определяем силы инерции звеньев механизма

Реакцию  определяем составлением суммы моментов сил звена 4 относительно точки D.

Составляем условие равновесия шарнира;

.

Уравнение содержит две неизвестных:  и , оно решается графически. Строим план сил на основе уравнения равновесия. Для построения плана выбираем масштабный коэффициент сил μp.

Из плана сил имеем:

Расчет звена 2-3

Действие отброшенных звеньев заменяем реакциями. Раскладываем эти силы на нормальные и тангенциальные составляющие

LO2K3 = lO2S3 +JS3 / m3 / lO2S3 =19*7*10-3+0,1/16/(19*7*10-3)=0,1799 м

на чертеже lO2K3 =25,7 мм

LAK2 = lAS2 +JS2 / m2 / lAS2 =19,875*7*10-3+0,03/5,5/

/(19,875*7*10-3)=0,1782 м

на чертеже lAK2 =25,45 мм

Неизвестные    и  могут быть определены из уравнения моментов сил относительно внутреннего шарнира ,  составленных последовательно для второго и третьего звеньев.

Составляем сумму моментов сил, действующих на второе звено, относительно точки :

;

следовательно:

Составляем сумму моментов сил звена 3 относительно точки :

;

следовательно:

Составляем условие равновесия: C ABO2

.

Уравнение содержит две неизвестных: , оно решается графически. Строим план сил на основе уравнения равновесия.

Для построения плана выбираем масштабный коэффициент сил μp.

Из плана сил имеем:

Расчет кривошипа

Силовой расчет кривошипа состоит в поиске реакции стойки на кривошип  и уравновешивающей силы , имитирующей действие силы со стороны двигателя на кривошип.

Определяем силы инерции звеньев механизма

Реакция  известна.

Определяем уравновешивающую силу

;

Реакцию стойки на звено 1 определяем из условия равновесия кривошипа:

;

По уравнению равновесия строим план сил.

Для построения плана выбираем масштабный коэффициент сил μp.

Из плана сил имеем:

Для положения 0

lDK4 = lDS4 +JS4 / m4 / lDS4 =135*7*10-3+7/19/(135*7*10-3)=1,33486м

на чертеже lDK4 =190,7 мм

Определяем силы инерции звеньев механизма

Реакцию  определяем составлением суммы моментов сил звена 4 относительно точки D.

Составляем условие равновесия шарнира;

.

Уравнение содержит две неизвестных:  и , оно решается графически. Строим план сил на основе уравнения равновесия. Для построения плана выбираем масштабный коэффициент сил μp.

Из плана сил имеем:

Расчет звена 2-3

Действие отброшенных звеньев заменяем реакциями. Раскладываем эти силы на нормальные и тангенциальные составляющие

  LO2K3 = lO2S3 +JS3 / m3 /lO2S3 =19*7*10-3+0.1/16/(19*7*10-3)=0,1799 м

на чертеже lO2K3 =25,7 мм

LAK2 = lAS2 +JS2 /m2 / lAS2 =19.875*7*10-3+0.03/5.5/(19.875*7*10-3)=0,1782 м

на чертеже lAK2 =25,45 мм

Определяем силы инерции звеньев механизма

Неизвестные    и  могут быть определены из уравнения моментов сил относительно внутреннего шарнира ,  составленных последовательно для второго и третьего звеньев.

Составляем сумму моментов сил, действующих на второе звено, относительно точки :

;

следовательно:

Составляем сумму моментов сил звена 3 относительно точки :

;

следовательно:

Составляем условие равновесия: C ABO2

.

Уравнение содержит две неизвестных: , оно решается графически. Строим план сил на основе уравнения равновесия.

Для построения плана выбираем масштабный коэффициент сил μp.

Из плана сил имеем:

Расчет кривошипа

Силовой расчет кривошипа состоит в поиске реакции стойки на кривошип  и уравновешивающей силы , имитирующей действие силы со стороны двигателя на кривошип.

Определяем силы инерции звеньев механизма

Реакция  известна.

Определяем уравновешивающую силу

;

Реакцию стойки на звено 1 определяем из условия равновесия кривошипа:

;

По уравнению равновесия строим план сил.

Для построения плана выбираем масштабный коэффициент сил μp.

Из плана сил имеем:

Расчет механизма методом планов сил окончен.

3.3 Определение уравновешивающей силы методом рычага Жуковского

Для положения 5

Строим повернутый на  план скоростей, прикладываем к нему все внешние силы, действующие на механизм. Составляем уравнение равновесия рычага в форме суммы моментов сил относительно полюса плана скоростей:

;

Сравниваем значения  и :

Расчет сил окончен.

4. Синтез зубчатого привода

4.1 Геометрический расчет равносмещённого зубчатого зацепления

Шаг зацепления

Радиус делительной окружности

Основной радиус

Делительная толщина зуба

 

Радиус окружности впадин зубьев

Межцентровое расстояние

а – зазор

Радиус начальной окружности

Глубина захода зуба

Высота зуба

Радиус окружности выступов

Масштабный коэффициент построения картины зацепления:

4.2 Синтез планетарного редуктора

Передаточное отношение простой ступени:

Общее передаточное отношение привода равно:

Передаточное отношение планетарной ступени:

Запишем передаточное отношение планетарной ступени в обращенном движении:

Выразим передаточное отношение   через числа зубьев колес:

Из условия соосности определяем неизвестные числа зубьев колес:

Получаем:

 

4.3 Определение скоростей и частот вращения звеньев

Определяем диаметры всех колес:

    

 

  

     

 

Принимаем масштабный коэффициент построения кинематической схемы механизма .

Для построения плана скоростей определяем скорость точки, принадлежащей ведущему звену (точка a).

Выбираем масштабный коэффициент построения плана скоростей:

Для построения плана частот вращения выбираем масштабный коэффициент:                       

Определим частоты вращения звеньев графическим методом:

Правильность построения проверим аналитическим расчетом частот вращения колес.

Определим погрешность:

4. Синтез и анализ кулачкового механизма

Для построения профиля кулачка по заданной  зависимости углового ускорения кулачка от  угла поворота необходимо дважды  графически проинтегрировать эту зависимость, получив, таким образом, зависимость угла поворота коромысла от угла поворота кулачка.

Для дальнейших построений необходимо  определить масштабы  построений:

0,01744 рад/мм;

0,039697 рад/мм;

 ;

 

Действительный профиль кулачка отстоит от теоретического на величину радиуса ролика.

Радиус ролика выбирается из конструктивных соображений:

=4,45  мм;

Список литературы

1. А.С. Кореняко и др. Курсовое проектирование по теории  механизмов  и машин, Киев: Вища школа,1970,-332с.

2. Теория  механизмов и  механика машин: учебник для втузов. Под  ред. К.В. Фролова. М: Высшая школа,1998,-496с.

3. Попов С.А.,Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и  механике машин. М.: Высшая школа,2002,-412с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84120. Закономерности возникновения государства и права и его формы 22.03 KB
  Формы возникновения государств: восточные раннеклассовые государства и западные. Восточный путь возникновения государства. Западный путь возникновения государства.
84121. Теории происхождения государства в прошлой и современной науке о государстве 27.12 KB
  Одной из первых теорий происхождения государства и права была теологическая объясняющая их возникновение божественной волей. В то же время она отстаивает идеи незыблемости вечности государства необходимости всеобщего подчинения государственной воле как власти от Бога но вместе о тем и зависимости самого государства от божественной воли которая проявляется через церковь и другие религиозные организации. Глава этой семьи становится главой государства монархом.
84122. Признаки государства, отличающие его от общественной власти первобытного общества 18.75 KB
  Наличие отделенной от общества публичной власти. Публичная власть существовала и в первобытном обществе но она выражала интересы всего общества и не была отделена от него. В любом же государстве власть реально осуществляется государственным аппаратом который отделен от остального общества.
84123. Государственная власть как особая разновидность социальной власти и методы ее осуществления 21.25 KB
  В литературе поразному понимается соотношение категорий государственная власть и политическая власть . Согласно одной точке зрения государственная власть более узкая категория чем политическая власть ибо последняя осуществляется не только государством но и другими звеньями политической системы общества: органами местного самоуправления партиями политическими движениями общественными организациями и т. Так в соответствии с Конституцией Российской Федерации органы местного самоуправления не входят в систему органов государственной...
84124. Признаки государства, отличающие его от других политических организаций общества 18.91 KB
  Государство единственная организация власти в масштабе всей страны. Каждый человек уже в силу своего рождения устанавливает определенную связь с государством становясь его гражданином или подданным и обретает с одной стороны обязанность подчиняться государственновластным велениям а с другой право на покровительство и защиту государства. Государство обладает суверенитетом как внешним т. Только государство включает такие структуры как суд прокуратура органы внутренних дел и т.
84125. Сущность и социальное назначение государства. Классовое и общесоциальное в государстве 22.97 KB
  Классовое и общесоциальное в государстве Сущность государства смысл главное в нём что определяет его содержание назначение и функционирование. Вопрос о сущности государства это вопрос о том кому принадлежит государственная власть кто её осуществляет и в чьих интересах. Теории государства и права известно множество теорий по вопросу о принадлежности государственной власти определённой массе: Так сторонники теории элит получившей распространение в XX в.
84126. Понятие «тип государства» и его значение 17.98 KB
  В отечественной науке понятие тип государства длительное время понималось как исторический тип государства. При таком подходе смена одних типов государства другими рассматривалась как историческая закономерность в силу которой социалистическое государство возникает как последний и высший тип. Категория тип государства в советской науке использовалась для выявления классовой сущности государства: все государства подразделялись на эксплуататорские и антиэксплуататорские.
84127. Классификация государств, её основания и значение. Место и роль типологии государств в системе классификации государств 23.92 KB
  Ленина и других решающим фактором общественного развития который детерминирует и соответствующий тип надстроечных элементов: государство и право. Рабовладельческое государство есть орудие поддержания власти рабовладельцев над рабами которые были собственностью свободных граждан. Феодальное государство это диктатура класса феодалов земельных...
84128. Развитие идей русской религиозной философии в рамках «метафизики всеединства» конца XIX - первой половины XX столетия (В. Соловьев, Н. Бердяев, С. Булгаков, П. Флоренский, С. и Е. Трубецкие) 36.64 KB
  Эта характерная черта русской религиозной философии была задана философской СИСТЕМОЙ ВСЕЕДИНСТВА ВЛАДИМИРА СОЛОВЬЕВА. По Соловьеву всеединство это органическое единство всего мира которое осуществляется в двух видах: 1. Следовательно у всего мира есть нечто внешнее ему некое Всеединство общее для всех его частей которое своим действием образует из множества отдельных и не причастных друг к другу частей единый мир. Следовательно Всеединство образуя из множества частей единое давая всем частям мира истинное и полноценное совместное...