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:


Силовой расчёт механизмов


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:


Силовой расчёт механизмов м/с;

n1 = Силовой расчёт механизмов об/мин;

Силовой расчёт механизмов


Для этого необходимо определить размеры звеньев, найти положения центров тяжести.

1.2.1. Длину кривошипа lОА вычисляем по формуле:


Силовой расчёт механизмовм


Определяем длину шатуна:


Силовой расчёт механизмов м


Определяем масштаб построения:


Силовой расчёт механизмов,


где ОА – отрезок произвольно взятый на чертеже, мм.

Принимаем Силовой расчёт механизмов


Силовой расчёт механизмов Силовой расчёт механизмов


Определяем длину шатуна:


Силовой расчёт механизмов мм


1.2.5.Определим положение центра масс шатуна:


Силовой расчёт механизмовм

AS2 = Силовой расчёт механизмов

Вычерчиваем в масштабе диаграмму изменения давления, расположив ось абсцисс параллельно перемещению ползуна и разметив ее в соответствии с положениями, занимаемыми ползуном.


Силовой расчёт механизмов Силовой расчёт механизмов


Рассчитываем значения силы Р для каждого положения поршня и заносим в таблицу 1. Для этого определим площадь сечения цилиндра:


Силовой расчёт механизмов;

Силовой расчёт механизмовм2

Силовой расчёт механизмов 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

Силовой расчёт механизмов м.


Определяем отрезок на чертеже


Силовой расчёт механизмов мм

Силовой расчёт механизмов мм,


где ab – отрезок с плана скоростей , мм.


1.5 Для каждого положения механизма вычислим приведенный момент сил сопротивления Силовой расчёт механизмов, который определяем по методике [1] стр. 8-9.


Используя формулу [1.4] и планы скоростей, определим момент сил для данного механизма.


Силовой расчёт механизмов;


Определим массы звеньев:

5Силовой расчёт механизмов,5кг

Силовой расчёт механизмов,5кг;

Силовой расчёт механизмовкг.

Рассчитываем силы тяжести:

Силовой расчёт механизмов;

Силовой расчёт механизмов H

Силовой расчёт механизмов H

Силовой расчёт механизмов H

Определим моменты движущих сил для всех положений момента и заносим результаты в таблицу 2:


Силовой расчёт механизмов


Результаты вычислений приведенного момента сил сопротивления


Таблица 2.

Положение

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов, Н

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

Строим диаграмму приведенных моментов сил сопротивления в зависимости от угла поворота  звена приведения (кривая 1).

Вычисляем масштаб оси абсцисс ():


Силовой расчёт механизмов рад/мм


Определяем масштаб диаграммы приведенных моментов сил сопротивления.


Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов, где

Силовой расчёт механизмов – значение из таблицы 2;

Силовой расчёт механизмов – произвольно принимаем 100 мм.


Силовой расчёт механизмов Силовой расчёт механизмов


Вычислим для полученных положений механизма, значения приведенных моментов инерции звеньев и строим диаграмму приведенного момента инерции всех звеньев Силовой расчёт механизмов в масштабе:


Силовой расчёт механизмовСиловой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов мм


Приведенный момент инерции Силовой расчёт механизмов 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 Силовой расчёт механизмов для нашего случая:


Силовой расчёт механизмов;


Вычислим Силовой расчёт механизмов для всех положений и результаты заносим в таблицу 3:

Силовой расчёт механизмов


Приведенный момент инерции.

Таблица 3.

Положение механизма

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов,

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 Силовой расчёт механизмов путем интегрирования кривой Силовой расчёт механизмов.


Масштаб оси ординат диаграммы Силовой расчёт механизмов вычисляем по формуле:


Силовой расчёт механизмов Дж/мм

Силовой расчёт механизмов


Строим диаграмму среднего приведенного момента на тех же осях и в том же масштабе Силовой расчёт механизмов.


Величину среднего приведенного момента можно определить графическим дифференцированием графика Силовой расчёт механизмов.


Используя уравнение Силовой расчёт механизмов


Строим диаграмму изменения запаса кинетической энергии Силовой расчёт механизмов.

Определим масштаб оси ординат этой диаграммы:


Силовой расчёт механизмов,


где

k – коэффициент пропорциональности, в нашем случае k=1;

Силовой расчёт механизмов 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 Силовой расчёт механизмов и Силовой расчёт механизмов, исключая параметр .

Для удобства построения диаграммы Силовой расчёт механизмов повернем на угол 90°.

На диаграмме Силовой расчёт механизмов 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:


Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов1°27'

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов1°24'

Силовой расчёт механизмов рад/сек


Определяем момент инерции маховика, обеспечивающий вращения звена приведения с заданным коэффициентом =0,022.


Силовой расчёт механизмов,


где АВ отрезок на оси ординат кривой, «Энергия-масса».


Силовой расчёт механизмов 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:


Силовой расчёт механизмов,

где KL – ордината диаграммы «Энергия-масса» в требуемом положении;

BL – абсцисса диаграммы «Энергия-масса» в требуемом положении.

Вычислим угловую скорость для каждого положения:


Силовой расчёт механизмов


Вычислим изменение угловой скорости для каждого положения:


Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов


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:

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов Силовой расчёт механизмов


Вывод: входное звено вращается с переменной угловой скоростью и переменным ускорением, за счет действия переменных нагрузок. Т.к. Силовой расчёт механизмов>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 Силовой расчёт механизмов кинематическую схему механизма соответствующую min и max значениям приведенного момента Мспр сил сопротивления:


Силовой расчёт механизмов,


где ОА – отрезок произвольно взятый на чертеже, мм.

Принимаем Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов Силовой расчёт механизмов


Составляем векторное уравнение для определения скорости в точке В.


Силовой расчёт механизмов;

Силовой расчёт механизмов,


где Силовой расчёт механизмов – абсолютная скорость точки А.

Силовой расчёт механизмов м/сек;

Силовой расчёт механизмов – относительная скорость точки В, направленная перпендикулярно шатуну АВ.

Силовой расчёт механизмов – относительная скорость точки В, направленная вдоль ползуна.

Определяем масштаб плана скоростей:


Силовой расчёт механизмов ;


Силовой расчёт механизмов – произвольно взятый отрезок 150 мм.

Строим план скоростей и с его помощью определенной скорости точек механизма и угловую скорость звена.


Силовой расчёт механизмов м/с

Силовой расчёт механизмов м/с

Силовой расчёт механизмов м/с

Силовой расчёт механизмов c-1.

2.3 Для определения ускорений составляем систему векторов ускорений:


Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов,


где Силовой расчёт механизмов – ускорение точки А.

Ввиду того, что ∆wmax мала, принимаем, что кривошип вращается с постоянной угловой скоростью w1= const.

Угловое ускорение кривошипа Силовой расчёт механизмов, тогда Силовой расчёт механизмов.


Силовой расчёт механизмов м/с-2;

Силовой расчёт механизмов м/с-2;


Силовой расчёт механизмов – вектор ускорения точки Во принадлежит стойке Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов – вектор Кориолисова ускорения;

Силовой расчёт механизмов – вектор относительного ускорения, известен только по направлению.

Определяем масштаб плана ускорений по формуле:


Силовой расчёт механизмов


где Силовой расчёт механизмов − выбираем произвольно.

Построение плана ускорений помогает определить абсолютные и относительные ускорения точек и угловые ускорения звеньев механизма для выбранных положений.

Силовой расчёт механизмов м/с -2;

Силовой расчёт механизмов м/с-2;

Силовой расчёт механизмов м/с-2;

Силовой расчёт механизмов с-2


2.4 Определяем величины главных векторов сил инерции Ри и его главных моментов Ми:


Силовой расчёт механизмов H;

Силовой расчёт механизмов H;

Силовой расчёт механизмов Силовой расчёт механизмов.


Момент сил инерции Mu2 заменим парой сил


Силовой расчёт механизмов 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.


Силовой расчёт механизмов


Реакцию Силовой расчёт механизмов 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.


Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов


Записываем векторное уравнение всех сил:


Силовой расчёт механизмов


Значения сил


Таблица 5.

Положения механизма

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

Силовой расчёт механизмов

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: