Динамическое исследование машинного агрегата

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

В курсовом проекте рассматриваются машинные агрегаты двух типов: рабочие машины (см. рис. 3.5, а) и машины-двигатели (см. рис. 3.5, б).

При работе машины происходят колебания угловой скорости кривошипного вала ω, вызванные переменностью приведенного момента М_п(φ ) сил и приведенного момента инерции звеньев кривошипно-ползунного и некоторых вспомогательных механизмовJ_п (φ ). Для учета влияния названных причин на закон движения вала кривошипа составляется упрощенная динамическая модель машинного агрегата в виде вращающегося звена приведения (рис. 3.6, а).

а)

Передаточный механизм

Исполнительный механизм

М_п

_д

Вспомогательный механизм

б)

Вспомогательный механизм

Р и с. 3.5. Схемы машинных агрегатов

а) б)

J_{п рыч}

J_п _д

J_пМ

J_кр

J_п _с

w₁

j₁

М_пс

М_{п с}

М_п _д

J_п_II=var

J_п_I =const

Р и с. 3.6. Динамическая модель машинного агрегата

Звено приведения, в качестве которого обычно принимается кривошип, обладает приведенным моментом инерции J_п и находится под действием приведенного момента сил М_п, причем , М – приведенный момент движущих сил; М – приведенный момент сил сопротивления.

Приведенный момент инерции можно, в свою очередь, представить в виде суммы постоянной и переменной J_п_II составляющих. В величину входят моменты инерции вращающих узлов агрегата: собственный момент инерции кривошипа J , приведенные моменты инерции ротора электродвигателя J_{п д}, момент инерции добавочной массы (маховика) J_пМ и передаточного механизма J_п.м. (рис. 3.6, б).Переменная составляющая J_п_II обусловлена рычажным механизмом, каждое звено которого имеет собственный переменный момент инерции, зависящий от положения механизма.

Основными задачами динамического исследования машинного агрегата на стадии установившегося движения являются:

- определение момента инерции дополнительной массы (маховика) J_пМ, необходимой для обеспечения требуемой степени неравномерности вращения звена приведения в установившемся режиме, задаваемой коэффициентом неравномерности движения ;

- определение закономерности вращения ( ) звена приведения для любых положении механизма внутри периода установившегося движения.

Для решения этих задач воспользуемся приближенным методом проф. П.И. Мерцалова (см. лекц. №4).

Переменная составляющая приведенного момента инерции , кг /м² находится из условия

J_п_II =m₂[(x'_s₂)²+(y' _s₂)²]+J_s₂ и²₂₁+m₃ и²₃₁, (3.2)

где x'_s₂, y'_s₂, и₂₁, и₃₁– аналоги линейных и угловых скоростей (передаточные функции); J_s₂ – момент инерции звена 2 (шатуна) относительно оси, проходящей через центр масс, кг/ м².

Производная приведенного момента инерции J_п_II по обобщенной координате имеет вид

, (3.3)

где x" _s₂, y" _s₂, и'₂₁, и'₃₁ – аналоги линейных и угловых ускорений.

Приведенный момент сил М_п определяется из условия равенства мгновенных мощностей. Так, для рабочей машины, если в качестве звена приведения принимается вал кривошипа, приведенный момент сил сопротивления М_{п с}, равен:

- для механизмов с горизонтальным движением ползуна:

М_пс ; (3.4)

- для механизмов с вертикальным движением ползуна:

М_пс . (3.5)

Сила полезного сопротивления для каждого из рассматриваемых положений механизма находится путем обработки механической характеристики. Приведенныймомент движущих сил М_пд для рабочих машин (по методу Мерцалова) в дальнейшем предполагается постоянным по величине М_пд=соnst и находится из условия равенства работ движущих сил и сил сопротивления за цикл установившегося движения. Для машин-двигателей по формулам (3.4) и (3.5) определяется М_пд, a М_пс=соnst.

Ниже приводится алгоритм решения для рабочей машины. Для машин-двигателей в формулах (3.6)-(3.10) необходимо поменять индекс «с» на «д» и наоборот.

Работа сил сопротивления за цикл установившегося движения :

А_с= , Дж. (3.6)

При М =const и с учетом того, что за цикл установившегося движения

, находим М_пд , (3.7)

причем, обычно радиан.

Далее для каждого рассматриваемого положения механизма i определяются следующие параметры:

- работа движущих сил, Дж:

A_д_i=M_пд ; (3.8)

- приращение кинетической энергии машинного агрегата, Дж:

; (3.9)

- кинетическая энергия звеньев механизма с переменным приведенным моментом инерции, Дж:

Т , (3.10)

где – средняя угловая скорость кривошипа за цикл установившегося движения;

- изменение кинетической энергии звеньев машинного агрегата с постоянным приведенным моментом инерции, Дж:

. (3.11)

Далее определяются минимальное и максимальное значение из массива , а затем максимальное изменение кинетической энергии звеньев с постоянным приведенным моментом инерции, Дж:

. (3.12)

Приведенный постоянный момент инерции звеньев машинного агрегата, необходимый для обеспечения требуемой неравномерности движения, кг м²:

. (3.13)

Дополнительное значение постоянной составляющей приведенного момента инерции, т.е. момент инерции маховика, в кг м², определяется из выражения

= J_{п 0} кг/м², (3.14)

где J_{п 0} – суммарный приведенный момент инерции всех вращающихся звеньев машинного агрегата (ротора двигателя, зубчатых колес передаточного механизма, вала кривошипа и т.д.).

В случае если J_п0 больше , маховик устанавливать нет необходимости.

Для определения истинного значения угловой скорости звена приведения вычисляются средние значения изменения кинетической энергии, Дж

, (3.15)

и среднее значение кинетической энергии звеньев с постоянным приведенным моментом инерции, Дж

. (3.16)

Для каждого положения механизма i вычисляется:

- кинетическая энергия, Дж:

; (3.17)

- w₁– угловая скорость звена приведения, с^-ⁱ:

; (3.18)

- угловое ускорение звена привидения, с^-2:

. (3.19)

Подготовка, ввод исходных данных и работа с программой ТММ1

Программа ТММ1 написана на языке программирования Turbo Pascal 7.0. Она включает в себя следующие разделы расчёта кривошипно-ползунного механизма:

1) кинематический анализ;

2) силовой расчет;

3) динамическое исследование машинного агрегата.

Для успешного проведения расчетов механизма по программе ТММ1 необходимо предварительно выполнить определенный обязательный объем графоаналитических работ. К ним относятся:

- кинематический синтез кривошипно-ползунного механизма;

- построение плана кривошипно-ползунного механизма в 12 положениях;

- вычисление угла j₀, определяющего начальное положение кривошипа;

- обработка механической характеристики (индикаторной диаграммы) машинного агрегата.

Исходные данные для расчета должны быть подготовлены в виде табл. 3.4. Перечень исходных данных с комментариями представлен в табл. 3.5:

Таблица 3.4

Таблица переменных файла исходных данных*****_ID.TXT

TMА	N	K	w₁	е
l₁	l₂	l₃
j₀
m₁	m₂	m₃
J_п_S2	J_{п 0}	d
Значения силы полезного сопротивления или движущей силы для положений кривошипа 0..12

Таблица 3.5

Исходные данные программы ТММ1

Параметр	Обозна-чение	Единица измере-ния	Примечание
Идентификатор пользователя	*****	»	Слово, состоящее ровно из 5 латинских букв
Тип машинного агрегата	ТМА	»	ТМА = 1 – двигатель; ТМА = 2 – рабочая машина
Номер схемы механизма	N	»	По рис.2
Направление вращения кривошипа	K	»	K=-1 – по часовой стрелке; K= 1 – против часовой стрелки.
Средняя угловая скорость кривошипа	w₁	1/с
Смещение направляющей ползуна	е	м	То же, что эксцентриситет
Длина шатуна	l₂	м
Расстояние AS₂	l₃	м
Начальное положение кривошипа	φ ₀	Градус
Масса кривошипа	m₁	кг
Масса шатуна	m₂	кг
Масса ползуна	m₃	кг
Момент инерции шатуна	J_п_S2	Кг·м²
Суммарный приведённый момент инерции всех вращающихся масс машинного агрегата	J_{п 0}	Кг·м²

Окончание таблица 3.5

Коэффициент неравномерности вращения	d
Значения силы полезного сопротивления или движущей силы для положений кривошипа	F_пс (F_д)	Н	13 значений: F₀…F₁₂

Ввод подготовленных исходных данных производится в файл CUSTO_ID.TXT (вызов текстового редактора – F4) путём замены уже находящихся в файле чисел на свои (используя клавиши «Backspace», SPACE и стрелки перехода ← ↑ → ↓ ). При этом следует соблюдать следующие правила:

1) в качестве десятичной запятой следует использовать точку «.»;

2) между числами в строке должен быть РОВНО ОДИН пробел;

3) все дроби следует перед вводом в CUSTO_ID.TXT перевести в десятичные;

4) не следует указывать единицы измерения физических величин;

5) следует строго соблюдать порядок чередования строк (I – комментарий, II – числовые данные, III – комментарий и т.д.) и избегать совмещения на одной строке чисел и комментария;

6) дробная часть числа может отсутствовать.

Порядок расположения величин в файле CUSTO_ID.TXT представлен в табл. 3.4.

После окончания редактирования файл исходных данных следует сохранить как *****_ID.TXT. Затем можно запускать программу на выполнение (файл tmm1.exe).

Работа в диалоговом режиме

После запуска tmm1.exe появляется окно, в котором следует работать, учитывая следующие замечания:

1) после ввода ответа на вопрос программы следует нажать клавишу «ENTER ¿ «;

2) запрос «< PRESS ENTER> « требует нажатия клавиши «ENTER ¿ «.

До того как программа обратится к файлу исходных данных, студенту необходимо ответить на ряд теоретических вопросов (смотри вопросы самоконтроля). В случае менее чем трёх правильных ответов выполнение программы прекратится. Перед завершением выполнения программы появляется сообщение с именем файла, содержащего результаты расчёта.

ВНИМАНИЕ! Если диалоговое окно закрылось до появления сообщения «Выполнение программы завершено», следовательно, данные в исходный файл занесены некорректно. Следует вернуться к редактированию файла исходных данных.

Подготовка файла к печати

После получения файла вида *****REZ.TXT следует открыть его в редакторе MS Word и отредактировать документ в соответствии с принятыми стандартами.

Результаты расчета

Распечатка результатов расчета по программе ТММ1 выдается в виде таблиц, в которых приводятся кинематические и динамические параметры механизма для всех 12 положений. Заголовки таблиц, содержащие наименование рассчитываемых параметров, их размерности и идентификаторы, приведены в табл. 3.6.

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒