Силовой расчёт механизмов
Содержание
Задание для курсового проектирования
Введение - цели и задачи курсового проектирования
1. Синтез и динамический анализ основного механизма
2. Силовой анализ рычажного механизма
3.Проектирование эвольвентного зубчатого зацепления
4. Синтез кулачкового механизма
Литература
Введение
Курсовой проект по дисциплине «Теория механизмов и машин» состоит из графической части и расчетно-пояснительной записки. Включает в себя четыре основных раздела:
1. Синтез и динамический анализ основного механизма.
2. Силовой анализ рычажного механизма.
3. Проектирование эвольвентного зубчатого зацепления и синтез планетарного механизма.
4. Синтез кулачкового механизма.
В первом разделе курсового проекта выполняется проектирования основного рычажного механизма, рассчитывается момент инерции маховика и определяется истинный закон движения звена приведения.
Во втором разделе рассчитываются силы и моменты инерции, приложенные к звеньям, определяются неизвестные реакции в кинематических парах и уравновешивающий момент.
В третьем разделе проводится расчет геометрических параметров, контрольных размеров, качественных и кинематических характеристик эвольвентного зубчатого зацепления. Проводится оценка спроектированной передачи по всем вышеизложенным параметрам. Исходные данные выбираются в соответствии с рекомендациями ГОСТ 16532-70. Здесь же выполняется синтез планетарного механизма.
В четвертом разделе проекта определяются основные параметры кулачкового механизма, и строится профиль кулачка, обеспечивающий заданный закон движения толкателя.
Графическая часть проекта выполняется на четырех листах формата А1 по разделам в соответствии с ГОСТ 2304-68 и ГОСТ 2302-68.
РАЗДЕЛ I
Синтез и динамический анализ основного механизма.
Целью данного раздела является проектирование основного кривошипно-шатунного механизма, определение длин его звеньев, расчет момента инерции маховика, определение истинного закона движения звена приведения.
По формуле Чебышева определим степень подвижности механизма:
Согласно классификации Артоболевского механизм состоит из: механизма I класса - кривошип ОА, стойка О.
Структурная группа Ассура II класса, II порядка, II вида. - шатун АВ, ползун В; I(0;1) – II2 (2;3) – структурная форма механизма.
В целом механизм является механизмом II класса – по наивысшему.
По заданным исходным данным спроектируем основной кривошипно-шатунный механизм:
м/с;
n1
=
об/мин;
Для этого необходимо определить размеры звеньев, найти положения центров тяжести.
1.2.1. Длину кривошипа lОА вычисляем по формуле:
м
Определяем длину шатуна:
м
Определяем масштаб построения:
,
где ОА – отрезок произвольно взятый на чертеже, мм.
Принимаем
Определяем длину шатуна:
мм
1.2.5.Определим положение центра масс шатуна:
м
AS2
=
Вычерчиваем в масштабе диаграмму изменения давления, расположив ось абсцисс параллельно перемещению ползуна и разметив ее в соответствии с положениями, занимаемыми ползуном.
Рассчитываем значения силы Р для каждого положения поршня и заносим в таблицу 1. Для этого определим площадь сечения цилиндра:
;
м2
Н
Значение силы Р Таблица1.
| Положения | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Р, Н | 0 | 1592 | 960 | 17246 | 17246 | 3562 | 0 | 0 | 0 |
1.4 Строим планы скоростей для соответствующих положений механизма. На планах изображены векторы скоростей, центров масс и их проекции на направление сил тяжести.
Построение начинаем с входного звена, т.е. с кривошипа ОА. Из произвольно взятой точки Pv , являющейся полюсом плана скоростей, откладываем в направлении движении кривошипа вектор из Pv в точку А, выбранной произвольно.
Выбираем Pv a= 100 мм.
Определяем положение центра масс шатуна
м.
Определяем отрезок на чертеже
мм
мм,
где ab – отрезок с плана скоростей , мм.
1.5 Для
каждого положения
механизма
вычислим приведенный
момент сил
сопротивления
,
который определяем
по методике
[1] стр. 8-9.
Используя формулу [1.4] и планы скоростей, определим момент сил для данного механизма.
;
Определим массы звеньев:
5
,5кг
,5кг;
кг.
Рассчитываем силы тяжести:
;
H
H
H
Определим моменты движущих сил для всех положений момента и заносим результаты в таблицу 2:
Результаты вычислений приведенного момента сил сопротивления
Таблица 2.
| Положение |
|
|
|
|
|
|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0,6 | -1 | 0,6 | -1 | 0,67 | -154 |
| 2 | 1 | -1 | 1 | -1 | 0 | -1202 |
| 3 | 0,85 | -1 | 0,85 | -1 | 0,75 | -2212 |
| 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | 0,85 | -1 | 0,85 | -1 | 0,75 | 467 |
| 6 | 1 | -1 | 1 | -1 | 0 | 12 |
| 7 | 0,6 | -1 | 0,6 | -1 | 0,67 | 10,2 |
,
НСтроим диаграмму приведенных моментов сил сопротивления в зависимости от угла поворота звена приведения (кривая 1).
Вычисляем масштаб оси абсцисс ():
рад/мм
Определяем масштаб диаграммы приведенных моментов сил сопротивления.
,
где
– значение
из таблицы 2;
– произвольно
принимаем 100
мм.
Вычислим
для полученных
положений
механизма,
значения
приведенных
моментов инерции
звеньев и строим
диаграмму
приведенного
момента инерции
всех звеньев
в масштабе:
мм
Приведенный
момент инерции
определим из
условия равенства
его кинетической
энергии, суммарной
энергии всех
подвижных
звеньев механизма
по методике
[1] стр. 9;10;12 используя
формулы (17;18;19) можно
записать формулу
для нашего
случая:
;
Вычислим
для всех положений
и результаты
заносим в таблицу
3:
Приведенный момент инерции.
Таблица 3.
| Положение механизма |
|
|
|
|
|
|
кг·м2 |
| 0 | 0 | 0 | 0,67 | 0,4489 | 1 | 1 | 0,0567 |
| 1 | 0,6 | 0,36 | 0,82 | 0,6724 | 0,7 | 0,49 | 0,129 |
| 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0,2475 |
| 3 | 0,85 | 0,7225 | 0,9 | 0,81 | 0,7 | 0,49 | 0,19 |
| 4 | 0 | 0 | 0,67 | 0,4489 | 1 | 1 | 0,0567 |
| 5 | 0,85 | 0,7225 | 0,9 | 0,81 | 0,7 | 0,49 | 0,19 |
| 6 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0,2475 |
| 7 | 0,6 | 0,36 | 0,82 | 0,6724 | 0,7 | 0,49 | 0,129 |
,
1.7 Строим
диаграмму
избыточных
работ
путем интегрирования
кривой
.
Масштаб
оси ординат
диаграммы
вычисляем по
формуле:
Дж/мм
Строим
диаграмму
среднего
приведенного
момента на
тех же осях и
в том же масштабе
.
Величину
среднего приведенного
момента можно
определить
графическим
дифференцированием
графика
.
Используя
уравнение
Строим
диаграмму
изменения
запаса кинетической
энергии
.
Определим масштаб оси ординат этой диаграммы:
,
где
k – коэффициент пропорциональности, в нашем случае k=1;
Дж/мм.
Определяем момент инерции дополнительной массы (маховика) обеспечивающий вращение ведущего звена с заданным коэффициентом неравномерности =1/55 и закон его движения.
Динамический синтез механизма проводим методом Виттенбауэра.
Метод Виттенбауэра.
Строим диаграмму
«Энергия-масса»
путем совместного
графического
решения двух
графиков
и
,
исключая параметр
.
Для удобства
построения
диаграммы
повернем на
угол 90°.
На диаграмме
и Е отмечаем
соответственно
точки 1' и проводим
через них
горизонтальную
и вертикальную
линии, на пересечении
которой отмечаем
точку 1, повторив
процедуру
получим остальные
точки. Полученные
точки соединяем
плавной линией,
строим диаграмму
«Энергия-масса».
Проведем под углами max и min касательные к кривой «Энергия-масса». Точки пересечения этих касательных с осью ординат обозначаем А и В. Значение tg этих углов вычислим по формулам:
1°27'
1°24'
рад/сек
Определяем момент инерции маховика, обеспечивающий вращения звена приведения с заданным коэффициентом =0,022.
,
где АВ отрезок на оси ординат кривой, «Энергия-масса».
кг м2
1.13 Определим значение угловой скорости звена приведения во всех положениях кривошипа, для этого воспользуемся диаграммой «Энергия-масса».
Расчет угловой скорости ведем по формуле:
,
где KL – ордината диаграммы «Энергия-масса» в требуемом положении;
BL – абсцисса диаграммы «Энергия-масса» в требуемом положении.
Вычислим угловую скорость для каждого положения:
Вычислим изменение угловой скорости для каждого положения:
Результаты вычислений угловой скорости заносим в таблицу 4.
Исходные данные и результаты вычислений к ,с-1
Таблица 4.
| Положения маховика | KL | к ,с-1 | ∆к |
| 0 | 40 | 29,82 | 0,2 |
| 1 | 46 | 29,88 | 0,26 |
| 2 | 42 | 29,58 | -0,03 |
| 3 | 18 | 29,54 | -0,077 |
| 4 | 1 | 29,354 | -0,266 |
| 5 | 12 | 29,47 | -0,149 |
| 6 | 24 | 29,60 | -0,02 |
| 7 | 32 | 29,71 | 0,09 |
| 8 | 40 | 29,82 | 0,2 |
По полученным значениям строим график изменения угловой скорости ∆wi= ∆wi(1), относительно прямой, совпадающей со значением угловой скорости звена приведения:
Вывод:
входное звено
вращается с
переменной
угловой скоростью
и переменным
ускорением,
за счет действия
переменных
нагрузок. Т.к.
>0,
то маховик
нужен, чтобы
обеспечить
заданную
неравномерность
хода
=0,0182.
РАЗДЕЛ II
Силовой анализ рычажного механизма
Силовой анализ механизма заключается в нахождении неизвестных сил и моментов, приложенных к каждому звену исследуемого механизма, в частности реакции в кинематических парах.
Чтобы выполнить силовой расчет необходимо определить внешние силы и моменты сил действующих на звенья механизма (движущая сила, силы полезного сопротивления, силы тяжести или сопротивление среды).
Возникновение реакции в кинематических парах обусловлено не только воздействием внешних сил, но и движением звеньев с ускорениями.
Расчет ведем по методу Д'Аламбера, который формулируется следующим образом:
Если к внешним силам, действующим на механические системы, прибавить силы инерции, то такую систему можно рассматривать условно находящуюся в равновесии.
Целью данного раздела является определение реакции в кинематических парах. Расчет ведется в порядке обратном кинематическому анализу, т.е. расчет начинаем с группы наиболее удаленной от ведущего звена.
2.1 Вычерчиваем
в масштабе
кинематическую
схему механизма
соответствующую
min и max
значениям
приведенного
момента Мспр
сил сопротивления:
,
где ОА – отрезок произвольно взятый на чертеже, мм.
Принимаем
Составляем векторное уравнение для определения скорости в точке В.
;
,
где
– абсолютная
скорость точки
А.
м/сек;
– относительная
скорость точки
В, направленная
перпендикулярно
шатуну АВ.
– относительная
скорость точки
В, направленная
вдоль ползуна.
Определяем масштаб плана скоростей:
;
– произвольно
взятый отрезок
150 мм.
Строим план скоростей и с его помощью определенной скорости точек механизма и угловую скорость звена.
м/с
м/с
м/с
c-1.
2.3 Для определения ускорений составляем систему векторов ускорений:
,
где
– ускорение
точки А.
Ввиду того, что ∆wmax мала, принимаем, что кривошип вращается с постоянной угловой скоростью w1= const.
Угловое
ускорение
кривошипа
,
тогда
.
м/с-2;
м/с-2;
– вектор
ускорения точки
Во принадлежит
стойке
– вектор
Кориолисова
ускорения;
– вектор
относительного
ускорения,
известен только
по направлению.
Определяем масштаб плана ускорений по формуле:
где
− выбираем
произвольно.
Построение плана ускорений помогает определить абсолютные и относительные ускорения точек и угловые ускорения звеньев механизма для выбранных положений.
м/с -2;
м/с-2;
м/с-2;
с-2
2.4 Определяем величины главных векторов сил инерции Ри и его главных моментов Ми:
H;
H;
.
Момент сил инерции Mu2 заменим парой сил
Н
2.5 Определяем реакции в кинематических парах методом плана сил. Для этого вычерчиваем в масштабе l группу Ассура и прикладываем к ней силу Р; силы тяжести G2 и G3 и силы инерции Ри2 и Ри3; моменты сил инерции Mu2, реакцию R03; реакцию кривошипа на шатун R12, которую раскладываем на нормальную и тангенциальную.
Реакцию
определим из
уравнения
равновесия
моментов сил
действующих
на звено 2 (шатун
АВ) относительно
точки В.
В уравнении берем слагаемые со знаком «+», если момент создаваемый силой направлен против часовой стрелки, и со знаком «–», если по часовой стрелки.
Записываем векторное уравнение всех сил:
Значения сил
Таблица 5.
| Положения механизма |
|
|
|
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.
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus.
Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Похожие рефераты: |
