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

37742. Исследование пассивного четырехполюсника 84 KB
  Выполнил: ПО222 ФИРТ Уфа 2007 Цель работы Определить эксперемнтально параметры пассивного четырехполюсника. Рассчитать режимы работы четырехполюсника по эксперементальным данным. Режим работы Прямая передача энергии Обратная предача энергии
37743. Исследование переходных процессов при разрядке конденсатора на резистор и индуктивную катушку 2.75 MB
  Цель: Исследовать апериодический колебательный разряд конденсатора на резисторе и индуктивной катушке. Схема электрической цепи: 1 2 Результаты измерений и вычислений: 1 Установлено Измерено Вычислено
37744. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ СО ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ 57.5 KB
  Экспериментально определить параметры катушек и коэффициент взаимной индукции. Определить комплексные сопротивления схемы замещения без индуктивной связи двух параллельно соединенных катушек с взаимной индуктивностью параметры которых определены в п. Также был определен коэффициент взаимной индукции по формуле: M = Экспериментально было доказано что при одинаковых токах протекающих через согласно и встречно включенные катушки...
37745. Исследование переходных процессов при разряде конденсатора на цепь 51 KB
  Емкость С переменная емкость С1 блока Конденсаторы. сопротивление резистор 10 кОм 50 Вт блока резисторов.Индуктивность L и сопротивление R индуктивные катушки блока Индуктивность Экспериментальная часть Схема №1 Измерено
37746. Ознайомлення з архітектурою мікроконтролерів фірми ATMEL 111.5 KB
  Основною ідеєю всіх RISC Reduced Instruction Set Computer як відомо є збільшення швидкодії за рахунок скорочення кількості операцій обміну з пам'яттю програм. Для цього кожну команду прагнуть вмістити в одну комірку пам'яті програм. При обмеженій розрядності елементу пам'яті це неминуче призводить до скорочення набору команд мікропроцесора. У VRмікроконтролерів відповідно до цього принципу практично всі команди крім тих у яких одним з операндів є 16розрядний адреса також упаковані в одну комірку пам'яті програм.
37747. Исследование переходных процессов при разряде конденсатора на резистор и индуктивную катушку 616 KB
  Выполнил: студент группы ПО 222 Принял: Преподаватель УФА 2007 Цель: Исследовать апериодический колебательный разряд конденсатора на резистор и индуктивную катушку.002 202 1271 Формула Томсона: Вывод: Собрав цепь по 1 схеме установив емкость конденсатора 0. В опыте разряда конденсатора на индуктивность рассмотрели случай колебательного затухающего процесса определили период колебательного разряда.
37748. Социологическое понимание личности. Структура личности 15.77 KB
  Личность — это совокупность (система) социально значимых качеств, характеризующих индивида как члена того или иного общества, как продукт общественного развития. Это социальная характеристика человека, которая определяется мерой усвоения им социального опыта.
37750. Визначення перехідної і частотної характеристики систем 1.42 MB
  Мета роботи: Набути практичних навичок вивчення перехідної і частотних характеристик системи за їхніми передаточними функціями.