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

5839. Водопостачання та водовідведення. Конспект лекцій 4.8 MB
  Метою вивчення дисципліни є формування у майбутніх фахівців умінь і знань з сучасних методів проектування, будівництва та експлуатації систем водопостачання і водовідведення населених міст, житлових і промислових об'єктів...
5840. Організація і управління виробництвом. Конспект лекцій 343 KB
  Вступ Розвиток ринкових відносин, перебудова та вдосконалення господарського механізму змінюють вимоги до економічних методів управління, підвищують роль окремого спеціаліста-інженера - майбутнього організатора виробництва. Метою вивчення дисци...
5841. Методика викладання основ економіки. Конспект лекцій 374.79 KB
  Тема 1. Економічна освіта в системі економічної культури суспільства. Проблеми організації економічної освіти в Україні 1.1 Економічна освіта в системі економічної культури суспільства. 1.2 Проблеми організації економічної освіти в Україні 1.3...
5842. Управління програмами та проектами. Конспект лекцій 943 KB
  Тема 1. Загальна характеристика управління програмами та проектами Сутність проектної діяльності Посилення конкурентної боротьби, мінливість ринкового оточення будь-якої сучасної компанії чи організації потребують від них здатності швидко та е...
5843. Соціальна реабілітація інвалідів. Курс лекцій 444 KB
  Тема 1: Теоретичні основи соціальної реабілітації План 1.Наукові концепції соціалізації і інвалідизація. 2.Підходи до розуміння поняття інвалідності. 3. Роль соціальної реабілітації в процесі соціалізації. 1. Наукові концепції соціал...
5844. Теория линий влияния 109.5 KB
  Теория линий влияния 1. Линии влияния внутренних усилий в шарнирно консольной балке При расчете ряда сооружений (мостов, подкрановых балок и т.п.) приходится иметь дело с подвижной нагрузкой в виде проходящих поездов, автомобилей, мостовых кранов и ...
5845. Распорные системы 127 KB
  Распорные системы 1 Основные системы о трехшарнирных системах. Из прошлого к нам в строительство пришли ряд конструкций, целесообразность которых была проверена Веками Нашей Цивилизации. Одна из них Распорная система. С учетом работы распорной систе...
5846. Расчет стержневых систем, загруженных постоянной нагрузкой 185.5 KB
  Расчет стержневых систем, загруженных постоянной нагрузкой. Простые балки. Многопролетные шарнирно-консольные балки. Основные принципы расчета стержневых систем были рассмотрены в предыдущей лекции. Покажем их реализацию для различных стержневых сис...
5847. Стержневые системы 106.5 KB
  Кинематический анализ стержневых систем. Свойство системы изменять форму при отсутствии приращений деформаций в ее элементах называется изменяемостью. С кинематической точки зрения стержневые системы могут быть: - геометрически неизменя...