Динамический синтез и анализ рычажного механизма

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Московский Государственный открытый университет"

«КУРСОВОЙ ПРОЕКТ»

по предмету: "Теория механизмов и машин"

Динамический синтез и анализ рычажного механизма

Выполнил: Ленда А.А.

Проверил: преподаватель

Гуревич Юрий Яковлевич

г. Ноябрьск

2008 год

Содержание

1. Синтез системы управления механизмами машины - автомата по заданной тактограмме

1.1 Построение тактограммы

1.2 Проверка реализуемости тактограммы

1.3 Таблицу включений

1.4 Формулы включений

1.5 Схема управления на пневматических элементах

2. Динамический синтез рычажного механизма по коэффициенту неравномерности движения

2.1 Определение цикла работы механизма

2.2 Построение положений звеньев механизма для 12 положений кривошипа

2.3 Построение индикаторной диаграммы

2.4 Определение сил давления газа для 12 положений каждого из поршней

2.5 Построение планов скоростей для каждого из 12 положений механизма

2.6 Вычисление приведённого момента инерции механизма

2.7 Вычисление приведённого момента движущих сил

2.8 Построение диаграммы работ движущих сил

2.9 Построение диаграммы работ сил сопротивления

2.10 Построение диаграммы приведённого момента сил сопротивления

2.11 Построение диаграммы кинетической энергии

2.12 Построение диаграммы “энергия – масса»

2.13 Определение момента инерции маховика

3. Динамический анализ рычажного механизма

3.1 Построение планов скоростей и ускорений в заданном положении

3.2 Определение реакций в кинематических парах

3.3 Определение силового момента приложенного к начальному звену при силовом расчёте

3.4 Определение уравновешивающего момента с помощью рычага Жуковского

3.5 Сравним полученные величины уравновешивающего момента, полученные разными способами

1. Синтез системы управления механизмами машины - автомата по заданной тактограмме

1.1 Построение тактограммы

Цикл работы содержит шесть тактов, в каждом совершается одностороннее движение одного механизма. Первое указание номера механизма в тактограмме означает, что в соответствующем такте происходит прямой ход механизма; вторичное указание номера - обратный ход.

Наклонные линии на тактограмме отвечают тактам движения, а горизонтальные - тактам выстоя. В первом такте имеет место прямой ход поршня М1, во втором-прямой ход поршня М3, в третьем – прямой ход поршня М2. В четвёртом, пятом и шестом тактах совершается обратный ход поршней М2, М1 и М3 соответственно.

Каждый механизм имеет два конечных выключателя, на которые нажимает шток поршня в крайних положениях. В нажатом положении сигнал от конечного выключателя равен 1, в ненажатом – 0. На тактограмме показываются значения сигнала в начале каждого такта. Сигналы конечных выключателей управляемого механизма не входят в число управляющих и на тактограмме обведены рамками.

Тактограмма 132213

1.2 Проверим реализуемость тактограммы

Тактограмма считается реализуемой, если все комбинации управляющих входных сигналов в начале каждого такта будут различными.

В данной тактограмме совпадают наборы управляющих сигналов в начале третьего и четвёртого тактов: и. Следовательно, тактограмма нереализуема, так как одна и та же комбинация сигналов должна вызывать различные движения механизмов.

Для того чтобы наборы управляющих сигналов не совпадали, вводится дополнительный управляющий сигнал от устройства называемого памятью. При составлении программы переключения памяти следует исходить из того, что внутри цикла память нельзя два раза включать и два раза выключать.

Включаем память в начале первого такта и выключаем в начале четвёртого. Совпадающих наборов управляющих сигналов нет, т. е. такты включения и выключения памяти выбраны правильно.

1.3 Составляем таблицу включений

Верхняя часть таблицы включений содержит значения сигналов от конечных выключателей и от памяти. При переходе от одного логического такта к другому меняется значение только одного сигнала. Этот сигнал называется тактирующим. В соответствии с правилами составления таблицы включений такты 1 и 4, в которых включается и выключается память, разбиваем на два логических такта: 1а, 1б и 4а, 4б.

В такте 1а по сравнению с шестым новым сигналом является сигнал , а в такте 1б – z=1, во 2 - , в 3 - , в 4а - , в 4б – z=0, в 5 - , в 6 - .

В нижней части таблицы включений отмечены такты, в которых должны подаваться сигналы на включение и выключение памяти ( и ), сигналы на пуск поршней вперёд () и назад (). Эти сигналы называются выходными. Для каждой выходной функции имеется только одно рабочее состояние, при котором эта функция должна быть равна единице.

После простановки единиц в рабочих состояниях делаем прочерки в безразличных состояниях, следующих за рабочим, при которых может повторяться (или не повторяться) сигнал на выполнение действия, соответствующего данной функции. Все остальные состояния являются запрещёнными и для них выходные функции должны быть равны нулю.

Для функции ставим единицу в такте 1а, так как в этом такте должна включаться память. В тактах 1б, 2 и 3 делаем прочерки, так как в этих тактах элемент памяти уже включён и остаётся включенным как при повторении сигнала на включение (), так и при отсутствии его (). Во всех остальных тактах ставим нули, так как в этих тактах включать элемент памяти нельзя (в такте 4а память выключается и должна оставаться выключенной в тактах 4б, 5 и 6). Аналогично заполняем таблицу включений для других выходных сигналов.

Таблица включений

1.4 Составляем формулы включений и произведём их упрощение

Для составления формул включения заполняется таблица, в которой указываются значения управляющих сигналов: в одном столбце – для рабочего состояния данной функции, в другом – для запрещённых. Для машины-автомата данного типа к управляющим сигналам не относятся входные сигналы от того исполнительного органа или элемента памяти, для которого составляется формула включения.

Значения сигналов выписываются из таблицы включений. Для рабочего хода – из тех тактов, в которых соответствующая функция равна единице, а для запрещённых – нулю. В рабочем наборе управляющих сигналов звёздочкой отмечается тактирующий сигнал, в запрещённых состояниях тактирующий сигнал не выделяется.

Так для функции значения управляющих сигналов для рабочего состояния () выписываем из такта 2. Наборы для запрещающих состояний () выписываем из тактов 1а, 1б и 6, при этом совпадающие в 1а и 6 тактах наборы выписываем только один раз. По значениям управляющих сигналов в рабочем состоянии () составляем формулу включения в виде произведения управляющих сигналов. Так как функция в рабочем состоянии должна быть равна единице, то и все сомножители должны быть равны единице, поэтому сигналам с нулевым значениям соответствует инверсное значение аргумента:

Упрощение исходной формулы состоит в том, что из исходной формулы исключаются части сигналов, её образующих, кроме тактирующего. В упрощённый вариант формулы включения обязательно должен входить тактирующий сигнал. Для функции в упрощённой формуле можно оставить только тактирующий сигнал . Потому что его значение в рабочем состоянии не встречается ни в одном из наборов запрещённых состояний, и поэтому, каковы бы ни были значения остальных сигналов, ни один набор в рабочем состоянии не совпадает с набором в запрещённых состояниях.

В формуле для функции в случае исключения сигнала z оставшийся в рабочем состоянии набор встречается в запрещённом состоянии. Сигнал может быть исключён, так как оставшийся в рабочем состоянии набор не встречается в запрещённых состояниях. Упрощённая формула включения будет иметь вид . Аналогично составляем оставшиеся формулы включения и заполняем таблицу.

Формулы включений

1.5 Построим схему управления на пневматических элементах

Построение схемы путевого управления на пневматических элементах начинаем со схематического изображения пневмоцилиндров, причем поршни всех трёх механизмов показываем в крайних левых положениях, которые соответствуют исходным (нижним) положениям на тактограмме. При этом штоки поршней нажимают на конечные выключатели . Каждый из этих выключателей представляет собой двухпозиционный трехлинейный распределитель, условное изображение которого состоит из двух квадратов, соответствующих двум возможным положениям (позициям) его подвижной части и трех линий (трубопроводов). Первая линия соединена с источником сжатого воздуха (напорная линия), вторая с - атмосферой, третья линия дает сигнал в управляющее устройство. Каналы (проходы) изображаем линиями со стрелками, показывающими направление потоков. Закрытый канал имеет поперечную черту. В нажатом положении у конечного выключателя атмосфера соединена с закрытым каналом, а сжатый воздух по открытому каналу поступает в управляющее устройство, т. е. дает сигнал (например, = 1).

В тех же условных обозначениях вычерчиваем изображения двухпозиционных четырёхлинейных распределителей для каждого из пневмоцилиндров. Первая линия соединена с левым рабочим объемом цилиндра, вторая - с правым рабочим объемом цилиндра, третья - с атмосферой и четвертая - с источником сжатого воздуха, Так как все поршни занимают крайние левые положения, то каждый распределитель показываем в такой позиции, при которой сжатый воздух поступает в правый рабочий объем цилиндра. В другой позиции сжатый воздух поступает в левый рабочий объем цилиндра, т. е. перемещение подвижных частей распределителя справа налево вызывает прямой ход поршня. Это перемещение происходит под действием сжатого воздуха при поступлении сигнала .

Обратное перемещение происходит при поступлении сигнала , подаваемого с противоположной стороны. Указанный распределитель называется также двусторонним.

После вычерчивания распределителей пунктиром намечаем прямоугольник, в котором располагаем блок управления. К верхней стороне прямоугольника подводим линии от конечных выключателей в следующем порядке: