Основы проектирования и конструирования машин
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Воронежский государственный технический университет
Кафедра проектирования механизмов и подъемно-транспортных машин
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы по дисциплине
“Основы проектирования и конструирования машин”,
для студентов специальности 060800
экстернатной формы обучения
Воронеж 2002
Составители: канд. техн. наук В.А.Нилов, канд. техн. наук Ю.В.Кирпичев, канд. техн. наук Б.Б.Еськов, И.Ю.Кирпичев
УДК 531.8-621.81.
Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине “Основы проектирования и конструирования машин”, для студентов специальности 060800 экстернатной формы обучения / Воронеж. гос. техн. ун-т; Сост. В.А.Нилов, Ю.В.Кирпичев, Б.Б.Еськов, И.Ю.Кирпичев. Воронеж, 2002. 24 с.
Методические указания предназначены для студентов, выполняющих курсовую работу по дисциплине “Основы проектирования и конструирования машин”. Представлена методика структурного, кинематического анализа шарнирно-рычажного механизма. Приведенные расчетные зависимости позволяют студентам рассчитать и построить планы скоростей и ускорений, а также выполнить эскизную компоновку цилиндрического редуктора.
Рабочая тетрадь подготовлена в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD и содержится в файле: Экстернат.doc.
Табл.4. Ил.20. Библиогр.: 7 назв.
Рецензент: канд. тех. наук В.Я. Иволгин
Ответственный за выпуск зав. кафедрой, канд. техн. наук В.А. Нилов
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
© Воронежский государственный
технический университет, 2002
СОДЕРЖАНИЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа по дисциплине “Основы проектирования и конструирования машин” для студентов-экстернатников специальности 060800 “Экономика и управление на предприятии” состоит из графической части, которая выполняется на двух листах плотной чертежной бумаге формата A1 (594x841) в карандаше и расчетно-пояснительной записки, написанной от руки или набранной машинописным текстом на листах писчей бумаги формата A4 (210x297) на одной стороне страниц где приводятся все расчеты по заданию.
1 ЛИСТ – Структурный и кинематический анализ рычажного механизма. Примеры оформления 1-го листа представлены в приложениях В, Г, Д и выбираются в зависимости от номера задания. В расчетно-пояснительной записке к первому листу должны быть отражены следующие вопросы:
1. Назвать все звенья механизма.
2. Построить план механизма.
3. Построить план скоростей.
4. Построить план ускорений.
2 ЛИСТ – Сборочный чертеж редуктора. Пример оформления 2-го листа представлен в приложении Е. В расчетно-пояснительной записке к первому листу должны быть отражены следующие вопросы:
1. Кинематический расчет и выбор электродвигателя.
2. Выбор материала колес редуктора.
3. Расчет закрытой зубчатой пары.
4. Расчет основных параметров и размеров зубчатых колес.
5. Расчет диаметров валов редуктора.
6. Выбор подшипников.
7. Выбор шпоночных соединений.
РАСЧЕТ 1-го ЛИСТА
СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА
Кривошипно-рычажный механизм состоит из звеньев:
0 - стоек A и D, ось X-X
1 - кривошипа AB,
2 - шатуна ВС,
3 - кривошипа DE,
4 - шатуна FE,
5 - ползуна F.
Количество подвижных звеньев n=5; количество кинематических пар 5-го класса p=7.
ПЛАН МЕХАНИЗМА
При известных размерах звеньев механизма построение механизма в каком-либо положении осуществляется методом засечек, который заключается в геометрическом построении положения на плоскости центра вращательных пар. Последовательность построения (см. приложение A), с учетом заранее выбранного масштаба построения плана механизма (для задания №1):
1) расположить на плоскости по заданным размерам элементы изображения стойки (точки A и D, ось x-x);
2) в одном из заданных углом положений присоединить ведущее звено АВ;
3) из точки В и точки D провести дуги радиусом соответствующих заданных размеров (LBC , LCD), пересечение которых определит положение вращательной пары С;
4) на продолжении отрезка DC радиусом LDE найти точки Е;
5) из точки Е радиусом LEF провести дугу до пересечения с линией x-x движения ползуна, пересечение которых определит положение поступательной пары, в точке F.
Ориентировочный
интервал масштаба
плана построения
механизма
.
Значит, длины
звеньев в масштабе
(на чертеже)
равны:
;
;
;
,
здесь и далее величина в скобках обозначает размер в миллиметрах на чертеже.
ПЛАН СКОРОСТЕЙ
Построение планов скоростей и ускорений проводится на основе последовательного составления векторных уравнений для точек звеньев механизма, начиная с ведущего звена, угловая скорость w1 которого задана.
Находим численное значение скорости точки B из выражения:
(м/c)
Для того
чтобы начать
построение
плана скоростей
необходимо
выбрать масштаб
построения
.
Вычисляем
масштаб:
где
мм (чем больше
,
тем крупнее
построения).
Выбираем
на чертеже
точку P -
полюс плана
скоростей.
Строим вектор
скорости точки
B (рис.12, 16, 19).
Вектор скорости
точки B
направлен в
сторону вращения
ведущего звена
(см. направление
w1), перпендикулярно
звену АВ.
Скорость точки C определяется из векторной системы уравнений:
(1)
где
- векторы
абсолютных
скоростей
точек;
-
векторы относительных
скоростей
(скорость точки
С вокруг B
и скорость
точки С вокруг
опоры D).
Система
уравнений (1)
решается графическим
способом. При
этом учитывается,
что
,
.
Скорость
точки D равна
нулю
(на
плане скорость
совпала с полюсом
P).
Выполним построения для нахождения точки C:
1) Построим
скорость
, т.е. скорость
точки С вокруг
точки D
– проведем на
плане направление
вектора
.
Из полюса P
проведем линию
перпендикулярно
звену CD.
2) Построим
скорость
, т.е. скорость
точки С вокруг
точки B
– проведем на
плане направление
вектора
через точку
b
плана скоростей.
3) Точка
плана скоростей
лежит на пересечении
двух направлений
и
.
Достраиваем
вектор
- скорость точки
С.
4) Находим величину скорости точки С из плана скоростей:
(м/c)
где
- длина вектора
на плане скоростей
в миллиметрах.
Построим скорость точки Е для заданий №1,3 (рис.12, 19):
Т.к.
точка Е принадлежит
звену CD, значит
направления
скоростей точек
С и Е совпадают,
а длина вектора
находится из
пропорции:
;
(мм)
Откладываем
из полюса P
параллельно
вектору
длину вектора
- получаем точку
E
на плане скоростей.
Построим скорость точки Е для задания №2 (рис.16):
Т.к. точка Е принадлежит звену CD, и находится между точками C и D, то найдем координаты конца вектора pc из пропорции:
;
(мм)
Соединяем
на плане скоростей
точки b
и c,
и откладываем
на этой линии
из точки b
найденную длину
отрезка
-
получаем точку
e
на плане. Соединяя
полюс P
с точкой e,
построим вектор
.
Находим величину скорости точки E из плана:
(м/c)
Скорость точки F определяется с помощью графического решения системы векторных уравнений:
(2)
где
- векторы абсолютных
скоростей
точек;
- векторы
относительных
скоростей;
- скорость
движения системы
координат
(прямой x-x),
.
При решении
уравнений (2)
учитываем, что
,
//x-x.
Выполним построения для нахождения точки F (рис.12, 16, 19):
1) Построим
скорость
,
т.е. скорость
точки F
вокруг точки
E –
проведем на
плане направление
вектора
через точку
e
на плане скоростей.
2) Через полюс P проведем линию параллельную направляющей оси x-x.
3) Точка
F
плана скоростей
лежит на пересечении
двух направлений
(см. п.1 и 2). Достраиваем
вектор
- скорость точки
F.
4) Находим величину скорости точки F из плана скоростей:
(м/c)
Из построенного плана найдем некоторые значения скоростей:
(м/c)
(м/c)
Скорости
центров масс
звеньев лежат
на серединах
соответствующих
отрезков: S1
на
;
S2
-
;
S3
-
;
S4
-
;
S5=
.
ПЛАН УСКОРЕНИЙ
Определим ускорение точки B, совершающей равномерное движение по окружности с радиусом кривошипа AB:
(м/c2)
Для того
чтобы начать
построение
плана скоростей
необходимо
выбрать масштаб
построения
.
Вычисляем
масштаб:
где
мм (чем больше
,
тем крупнее
построения).
Выбираем
на плоскости
точку
- полюс плана
ускорений.
Строим вектор
ускорения точки
B
(рис.13, 15, 18).
Вектор
направлен
параллельно
звену AB. Откладываем
из полюса
длину вектора
в направлении
к центру вращения
точки B (т.е. от
точки B к точке
A).
Ускорение точки C определяется из векторных уравнений:
(3)
где
- векторы
абсолютных
ускорений
точек, при чем
;
- векторы нормальных
ускорений;
- векторы тангенсальных
ускорений.
Определим значения и длины отрезков нормальных ускорений:
(м/с2),
в
масштабе плана
(мм).
(м/с2),
в
масштабе плана
(мм).
Выполним построения для нахождения точки C (рис.13, 15, 18):
1)
Для этого из
точки b плана
ускорений
откладываем
параллельно
звену BC отрезок
(нормальное
направление
ускорения) по
направлению
в сторону движения
от точки С к
точке В. Перпендикулярно
BC проводим через
конец этого
отрезка линию
- тангенсальное
направление
ускорения.
2)
Из полюса p
плана ускорений
откладываем
параллельно
звену CD
отрезок
(нормальное
направление
ускорения) по
направлению
в сторону движения
от точки С к
точке D.
Перпендикулярно
CD
проводим через
конец этого
отрезка линию
- тангенсальное
направление
ускорения.
3)
Пересечением
2-линий тангенсальных
направлений
получится точка
C
– вектор
.
4) Находим величину ускорения точки С из плана ускорений:
(м/c)
Построим ускорение точки Е для заданий №1,3 (рис.13, 18):
Ход
построения
ускорения точки
Е аналогичен
скорости. Т.к.
точка Е принадлежит
звену CD, значит,
направления
ускорений точек
С и Е совпадают,
а длина вектора
находится из
пропорции:
;
(мм)
Откладываем
из полюса
параллельно
вектору
длину вектора