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

10 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

82305. Насильственная коллективизация сельского хозяйства и ее последствия в Казахстане 29.74 KB
  Советское правительство решило изыскать средства для индустриализации путем перекачки их из сельского хозяйства в промышленность. Советское правительство решило изыскать средства для индустриализации путем перекачки их из сельского хозяйства в промышленность. С позиции Голощекина Казахстан являлся в первую очередь аграрным регионом поэтому первоочередная задача состояла в развитии сельского хозяйства и мелкой обрабатывающей промышленности но никак не крупной.
82306. Провозглашение Независимости Республики Казахстан. Государственные символы РК 29.88 KB
  Принятие 16 декабря 1991 года Конституционного Закона РК стало Днем независимости Казахстана и обретение республикой самостоятельности. Большинство жителей Казахстана поддержало кандидатуру Н. определил Казахстан как независимое правовое демократическое государство.
82307. Политические процессы в Казахстане в 30-е годы ХХ века 29.98 KB
  Были репрессированы и физически уничтожены основатели казахской литературы – С. Подверглись репрессиям основатель казахской лингвистики А. Жубанов основатель казахской исторической школы С. представителей казахской национальной интеллигенции.
82308. Культурное строительство Казахстана в конце 80-х – нач. 90-х годов 31.27 KB
  Образование в Казахстане в 80-90-е гг. ХХ века формировалось в основном на принципах, заложенных в 30-е годы: общественный характер, бесплатность, плановость. Достижениями являлись: высокий уровень грамотности: по итогам переписи...
82309. Культурное строительство в 20-30-ые ХХ века 34.57 KB
  Момышулы Лауреатом Государственной премии СССР в 1949 году стал казахский писатель М. Казахский государственный оркестр имени Курмангазы создан в 1934 году руководителем его стал А. В январе 1926 года в Кызылорде открылся первый в республике национальный казахский театр который возглавил Ж.
82310. Развитие Казахской ССР в предвоенные годы 31.54 KB
  В 1922 году со всех руководящих постов были смещены бывшие члены партии Алаш.Голощекииа занявшего пост первого секретаря Казкрайкома партии в 1925 году.Ежова назначенного заведующим организационноинструкторским отделом Казкрайкома партии. Из посланцев партии в Казахстан были репрессированы Л.
82311. События в Новом Узени. Забастовки шахтеров Караганды 29.73 KB
  Забастовки шахтеров Караганды В июне 1989 г. Забастовки шахтеров Кузбасса в России и Донбасса в Украине в июле 1989 г. Назарбаев встретился с бастующими согласился с требованиями шахтеров и пообещал принять меры. 9 июня 1989 года началась забастовка шахтеров Карагандинского бассейна.
82312. Начало Великой Отечественной войны. Перестройка экономики и жизни республики на военный лад 29.16 KB
  Перестройка экономики и жизни республики на военный лад 22 июня 1941 года гитлеровская Германия вероломно без объявления войны напала на СССР. На первом этапе войны в КазССР были сформированы обучены и отправлены на фронт 14 стрелковых и кавалерийских дивизий 6 бригад. Высокими темпами в тылу шла подготовка командных кадров: 27 военных учебных заведений в основном переведенных из временно оккупированных врагом районов за годы войны подготовили 16 тыс.
82313. Распад СССР. Создание СНГ 29.12 KB
  Создание СНГ Весь 1990 год и особенно 1991 год в числе главных проблем стоящих перед СССР стояла проблема подписания нового Союзного договора.Горбачева был проведен общесоюзный референдум по вопросу о том быть или не быть СССР и каким ему быть. Большинство населения СССР проголосовало за сохранение СССР.