Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

1. Структурный анализ механизма


Представлен кривошипно-ползунный механизм.

Число степеней исследуемого механизма определим по формуле Чебышева:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (1)


где n – число подвижных звеньев в составе исследуемой кинематической цепи; p4 и p5 – соответственно число пар четвертого и пятого класса.

Для определения величины коэффициента n проанализируем структурную схему механизма (рисунок 1):


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Рисунок 1 – Структурная схема механизма


Структурная схема механизма состоит из четырех звеньев:

1 – кривошип,

2 – шатун АВ,

3 – ползун В,

0 – стойка,

при этом звенья 1 – 3 являются подвижными звеньями, а стойка 0 – неподвижным звеном. Она представлена в составе структурной схемы двумя шарнирно-неподвижными опорами и направляющей ползуна 3.

Следовательно, n=3.

Для определения значений коэффициентов p4 и p5 найдем все кинематические пары, входящие в состав рассматриваемой кинематической цепи. Результаты исследования заносим в таблицу 1.


Таблица 1 – Кинематические пары

Кинематическая пара (КП)

Схема кинема-

тической пары

Класс кинема-

тической пары

Степень подвиж-

ности

1 0 – 1

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

5

вращательная

1


2 1 – 2

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

5

вращательная

1
3 2 – 3

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

5

вращательная

1
4 3 – 0

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

5

вращательная


1

Из анализа данных таблицы 1 следует, что исследуемый механизм ДВС с увеличенным ходом поршня состоит из семи пар пятого класса и образует замкнутую кинематическую цепь. Следовательно, p5=4, а p4=0.

Подставив найденные значения коэффициентов n, p5 и p4 в выражение (1), получим:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (1)

Для выявления структурного состава механизма разбиваем рассматриваемую схему на структурные группы Ассура.

Первая группа звеньев 0-3-2 (рисунок 2).


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Рисунок 2 – Структурная группа Ассура


Данная группа состоит из двух подвижных звеньев:

шатун 2 и ползун 3;

двух поводков:

кривошип 1 и направляющая (стойка) 0;

и трех кинематических пар:

1-2 – вращательная пара пятого класса;

2-3 – вращательная пара пятого класса;

3-0 – поступательная пара пятого класса;

тогда n=2; p5=3, a p4=0.

Подставив выявленные значения коэффициентов в выражение (1),

получим:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ


Следовательно, группа звеньев 4-5 является структурной группой Ассура 2 класса 2 порядка 2 вида.

Вторая группа звеньев 0-1 (рисунок 3).

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Рисунок 3 – Первичный механизм


Данная группа звеньев состоит из подвижного звена – кривошипа 1, стойки 0 и одной кинематической пары:

0 – 1 – вращательная пара пятого класса;

тогда n=1; p5=1, a p4=0.

Подставив найденные значения в выражение (1), получим:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ


Следовательно, группа звеньев 1 – 2 действительно является первичным механизмом с подвижностью 1.

Структурная формула механизма


МЕХАНИЗМ=ПМ(W=1) + СГА(2 класс, 2 порядок, 2 вид)


2. Синтез кинематической схемы


Для синтеза кинематической схемы сперва необходимо установить масштабный коэффициент длин μℓ. Для нахождения μℓ необходимо взять натуральный размер кривошипа OС и разделить его на размер отрезка произвольной длины │OС│:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

После этого, с помощью масштабного коэффициента длин, переводим все натуральные размеры звеньев в отрезки, с помощью которых мы будем строить кинематическую схему:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ


После вычисления размеров приступаем к построению одного положения механизма (рисунок 4) с помощью метода засечек.

Для этого сперва вычерчиваем стойку 0 на которой закреплен кривошип. Затем проводим через центр окружности, которая была начерчена для построения стойки, горизонтальную прямую ХХ. Она необходима для последующего нахождения центра ползуна 3. Далее из центра этой же окружности проводим две другие радиусом Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ и Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ. Затем от туда же строим чертим отрезок длиной Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ под углом Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ к горизонтальной прямой ХХ. Точки пересечения этого отрезка с построенными окружностями будут точками А и С соответственно. Затем из точки А строим окружность радиусом Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ.

Точка пересечения этой окружности с прямой ХХ будет являться точкой В. Вычерчиваем направляющую для ползуна, которая будет совпадать с прямой ХХ. Строим ползун и все остальные необходимы детали чертежа. Обозначаем все точки. Синтез кинематической схемы завершен.

3. Кинематический анализ плоского механизма


Приступаем к построению плана скоростей для положения механизма. Для упрощения расчетов следует рассчитать скорости и направления для всех точек положения механизма, а затем строить план скоростей.


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Рисунок 4 – Одно из положений механизма


Проанализируем схему кривошипно-ползунного механизма: точка О и О1 являются неподвижными точками, следовательно, модули скоростей этих точек равны нулю (Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ).

Вектор скорости точки А представляет собой геометрическую сумму вектора скорости точки О и скорости относительного вращательного движения точки А вокруг точки О:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ. (2)


Линия действия вектора скорости Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ является перпендикуляром к оси кривошипа 1, а направление действия этого вектора Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ совпадает с направлением вращения кривошипа.

Модуль скорости точка А:

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализКривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ, (3)


где Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - угловая скорость звена ОА; Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - длина OС.

Угловую скорость Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ найдем по формуле, подставив заданное значение n:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ. (4)


Подставив заданные значения в выражение (5), получим:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ. (5)


Далее рассчитаем масштабный коэффициент плана скоростей Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ, (6)


где Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - модуль скорости точки А; Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - произвольно выбранный отрезок, изображающий на плане скоростей вектор скорости точки А. Примем Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ, тогда по выражению (6) получим:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ. (7)

Отрезок, изображающий вектор скорости точки С, найдем, воспользовавшись теоремой подобия:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (8)

откуда

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ. (9)


Отложив отрезок Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ на плане скоростей найдем положение точки с. Этот отрезок будет являться вектором скорости точки С.

Вектор скорости точки В, принадлежащей шатуну 2, представляет собой геометрическую сумму вектора скорости точки А и вектора скорости относительного вращательного движения точки В вокруг точки А:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (10)


В то же время точка В принадлежит и ползуну 3. Ползун 3 совершает только прямолинейное возвратно-поступательное движение вдоль направляющей XX, следовательно, линия действия вектора скорости точки В проходит параллельно XX:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ. (11)


Разрешив графически векторные уравнения (9, 10, 11), построим план скоростей (рисунок 5).

Замерив для каждого плана скоростей длину векторов и с помощью масштабного коэффициента скоростей, найдем числовые значения по формулам


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (12)


Так же рассчитаем угловые скорости для звеньев, совершающих вращательное движение:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (13)


Для упрощения расчетов построим таблицу (таблица 2), внося найденные значения по уравнениям (12) и (13) линейных и угловых скоростей, соответственно:


Таблица 2 – Линейные, угловые скорости положения механизма

Положение Линейные скорости (м/с) Угловые скорости (с-1)

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

1 29,3 29,3 11,1 22,7 9,77 36,63 8,53

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Рисунок 5 – План скоростей

Для построения плана ускорений составим векторные уравнения. Вектор ускорения точки А представляет собой геометрическую сумму вектора ускорения точки О, вектора нормального ускорения и вектора тангенциального ускорения относительного вращательного движения точки А вокруг точки О:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (14)


В уравнении (17) первое слагаемое равно нулю (Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ), так как точка О является неподвижной, а третье слагаемое равно нулю, так как угловая скорость звена ОА постоянна (Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ). Тогда уравнение (14 примет следующий вид:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ


Модуль ускорения точки А:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (15)


Теперь подберем масштабный коэффициент ускорений:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (16)


где Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - модуль ускорения точки А; Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - произвольно выбранный отрезок, изображающий на плане ускорений вектор ускорения точки А. Примем Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ, тогда с учетом равенства (16)получим:

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ


Длину отрезка, изображающего на плане ускорений вектор ускорения точки С, найдем, воспользовавшись теоремой подобия:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ. (17)


Вектор ускорения точки В принадлежащей шатуну 2 представляет геометрическую сумму вектора ускорения точки А, вектора нормального ускорения и вектора тангенциального ускорения относительного вращательного движения точки В вокруг точки А:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (18)


Модуль вектора Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ найдем по выражению:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ


Длина отрезка, изображающего в составе плана ускорений вектор Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (19)


В то же время точка В принадлежит и ползуну 3. Ползун 3 совершает только прямолинейное возвратно-поступательное движение вдоль направляющей ХХ, следовательно, линия действия вектора ускорения точки D проходит параллельно прямой ХХ:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ


Разрешив графически векторные уравнения (17,18,19), построим планы ускорений для всех найденных положений. После построения замерим для каждого плана длины отрезков Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Используя найденные значения отрезков, определим модули соответствующих ускорений:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (20)


Так же, для расчетов, необходимо определить ускорения центров масс представленных звеньев. Центры масс шатунов 2, 4 и коромысла 3 считаем расположенными по середине этих звеньев. Соединив на планах ускорений точки Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ и a, а и b; и определив середины этих отрезков мы получим центры масс звеньев s1, s2. Проведя от точки Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ вектора к вышеуказанным точкам мы получим соответствующие вектора ускорений центров масс. Измеряя длину этих отрезков мы сможем определить модули этих отрезков:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (21)


Определим угловые ускорения звеньев:

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (22)


Угловая скорость кривошипа 1 является постоянной величиной, следовательно, угловое ускорение этого звена равно нулю, т.е. Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ. Ползун 3 совершает только поступательные движения, следовательно, угловое ускорение этого звена тоже равно нулю, т.е. Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ.


Таблица 3 – Нормальные составляющие ускорений

Положение

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ м/с2

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ м/с2

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

1 1073 94,8 1076 752 753 827

Кинематический анализ успешно проведен.


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Рисунок 6 – План ускорении


4. Определение сил, действующих на звенья механизма


На каждое звено плоского рычажного механизма действует сила тяжести, которая находится по формуле:

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (23)


где g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения, а Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - масса i-го звена.

Для определения массы каждого звена плоского рычажного механизма воспользуемся следующими формулами:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (24)


Далее определяем силы тяжести для каждого звена плоского рычажного механизма:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализКривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (25)


Также мы можем определить силы инерции, действующие на звенья плоского рычажного механизма, по формуле:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (26)


где Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - масса i-го звена, а Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - ускорение центра масс i-го звена.

Уславливаемся, что центр масс кривошипа лежит на оси его вращения, т.к в большинстве случаев кривошип – вал механизма, т.е Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ

Также уславливаемся, что у линейных звеньев центр масс лежит на середине звена. Значения ускорений центра масс найдены в кинематическом анализе плоского рычажного механизма. Находим силы инерции:

Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (27)


Определяем моменты от сил инерции:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (28)


где Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - момент инерции i-го звена, угловое ускорение i-го звена.

Момент инерции i-го звена:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ (29)


где Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - масса i-го звена, Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ - длина i-го звена.

Находим моменты от сил инерции:


Кривошипно-ползунный механизм, его структура, схема, анализ


Момент от сил инерции направлен противоположно направлению действию углового ускорения. Для определения углового ускорения звена необходимо на плане ускорений взять вектор тангенциальной составляющей ускорения звена и мысленно перенести его в ведомую точку звена (точка, стоящая первой в индексе), а ведущую условно остановить. Направление вращения звена при этом будет характеризовать направление углового ускорения звена.

Нанесем на построенное положение механизма все заданные внешние нагрузки. В результате, полученная картина будет являться расчетной схемой данного положения плоского

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: