Структурный анализ механизма

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Задание

Введение

Целью данного курсового проекта является проектирование и исследование механизма ____________________.

Структурный анализ механизма

Кривошипно-ползунный механизм состоит из четырех звеньев:

0 – стойка;

1 – кривошип;

2 – шатун;

3 – ползун.

Также имеются четыре кинематические пары:

I – стойка 0-кривошип OA;

II – кривошип OA-шатун AB;

III – шатун AB-ползун B;

IV – ползун B-стойка 0.

I, II и III являются вращательными парами. IV – поступательная пара.

Все кинематические пары являются низшими, т.е. p_нп=_, p_вп=_.

Степень подвижности механизма определяется по формуле Чебышева:

W=3× n-2p_нп-p_вп, (1)

где n – число подвижных звеньев, n =_

p_нп – число низших пар,

p_вп – число высших пар.

W=_________=_.

По классификации И.И. Артоболевского данный механизм состоит из механизма I класса (стойка 0-кривошип OA) и структурной группы II класса второго порядка (шатун AB-ползун B). Из этого следует, что механизм является механизмом II класса.

Первоочередной задачей проектирования кривошипно-ползунного механизма является его синтез, т. е. определение размеров звеньев по некоторым первоначально заданным параметрам:

- Ход ползуна S =__ м.

- Эксцентриситет равен e =___

- Максимальный угол давления между шатуном и кривошипом [J] =___^°

Отношение длины кривошипа к длине шатуна

l=l₁l₂=tg [J], (2)

l=tg __=___.

Длину кривошипа l₁ определяем из рассмотрения двух крайних положений механизма, определяющих ход ползуна S:

S=OB₁-OB₂=(l₁+l₂)-(l₂-l₁)=2l₁. (3)

Откуда

l₁=S2; (4)

l₁=___2=___ м.

Длина шатуна:

l₂=l₁l; (5)

l₂=____=__ м.

Расстояние от точки А до центра масс S₂ шатуна

l₃=___× l₂, (6)

l₃=__× __=___ м.

Угловая скорость кривошипа w :

w₁=____ c^-1. (7)

Кинематический анализ механизма

План положений

План положений - это графическое изображение механизма в n последовательных положениях в пределах одного цикла. План строим в двенадцати положениях, равностоящих по углу поворота кривошипа. Причем все положения нумеруем в направлении вращения кривошипа w . Положения остальных звеньев находим путем засечек. За нулевое (начальное) положение принимаем крайнее положение, при котором ползун наиболее удален от кривошипного вала (начало работы хода). Начальное положение кривошипа задается углом j₀, отсчитанным от положительного направления горизонтальной оси кривошипного вала против часовой стрелки. Для данного механизма j₀=__рад. Кривая, последовательно соединяющая центры S …S масс шатуна в различных его положениях, будет траекторией точки S₂.

Выбираем масштабный коэффициент длин m_l:

m =l₁OA, (8)

где l₁- действительная длина кривошипа, м;

OA - изображающий её отрезок на плане положений, мм.

m_l=__=_ ммм.

Отрезок AB, изображающий длину шатуна l₂на плане положений, будет:

AB=l₂/m_l,; (9)

AB=_/_=_ мм.

Расстояние от точки А до центра масс S₂ шатуна на плане положений:

AS₂=l₃/m_l; (10)

AS₂=_/_=_ мм.

Вычерчиваем индикаторную диаграмму в том же масштабе перемещения m_s=_ммм, что и план положений механизма. Выбираем масштабный коэффициент давления:

m_p=р_max/y_p, (11)

где р_max- максимальное давление в поршне, МПа.

y_p - отрезок, изображающий на индикаторной диаграмме р_max, мм.

m_p=_/_=_ МПа/мм.

Планы скоростей и ускорений

Планы скоростей и ускорений будем строить для ____ положения.

Скорость точки А находим по формуле:

V_A=w₁× l₁, (12)

где w₁– угловая скорость кривошипа, с^-1;

l₁– длина кривошипа, м.

V_A=_× _=_ мс.

Выбираем масштабный коэффициент плана скоростей m_V:

m_V=V_APa, (13)

где V_A-скорость точки A, мс;

Pa -изображающий ее отрезок на плане скоростей, мм.

m_V=_/_=_ .

Из полюса P в направлении вращения кривошипа перпендикулярно к OA откладываем отрезок Pa, изображающий вектор скорости точки A, длиной _мм.

Определяем скорость точки В:

_B= _A+ _BA, (14)

где _BA– вектор скорости точки B при ее вращательном движении относительно точки A и перпендикулярен к звену AB.

Далее на плане скоростей из точки а проводим прямую перпендикулярно звену AB до пересечения с линией действия скорости точки B (направления движения ползуна). Полученный отрезок Pb=__мм, является вектором абсолютной скорости точки B, а отрезок ab=_мм, – вектором скорости точки В относительно точки А.

Тогда

V_B=Pb× m_V; (15)

V_B=_× _=_ м/c;

V_BA=ab× m_V; (16)

V_BA=_× _=_ м/с.

Скорость точки S₂ находим из условия подобия:

as₂/ab=AS₂/AB. (17)

Откуда

as₂=(AS₂/AB)× ab; (18)

as₂=(_/_)× _=_ мм.

Соединив точку S₂с полюсом P, получим отрезок, изображающий вектор скорости точки S₂, т.е. Ps₂=_мм.

Тогда

V_S₂=Ps₂× m_V; (19)

V_S₂=_× _=_ м/с.

Исходя из результатов расчета программы ТММ1, из произвольной точки отложить вектор V_S₂ для всех двенадцати положений и соединить их концы плавной кривой, то получим годограф скорости точки S₂. Угловую скорость шатуна AB определяем по формуле:

w₂=V_BA/l₂; (20)

w₂=___/___=____ c^-1.

Ускорение точки A по отношению к точке О при условии w₁= const равно:

a_A=w × l₁; (21)

a_A=___²× ___=___ м/с².

Выбираем масштабный коэффициент плана ускорений m_a:

m_a=a_A/Pa, (22)

где a_A– ускорение точки A, м/с²;

Pa – отрезок, изображающий его на плане ускорений, мм.

m_a=___/___=____ (м/с²)/мм.

Из полюса P откладываем отрезок Pa, являющийся вектором ускорения точки A кривошипа, который направлен к центру вращения кривошипа.

Определяем ускорение точки B:

, (23)

где - вектор ускорения точки B при вращательном движении относительно точки A.

Определяем ускорение a :

a =V /l₂; (24)

a =___²/___=____ м/c².

На плане ускорений из точки a проводим прямую, параллельно звену AB и откладываем на ней в направлении от точки B к точке A отрезок an, представляющий собой нормальную компоненту ускорения a в масштабе m_a:

an=a /m_a; (25)

an=___/___=____ (м/c²)/мм.

Из точки n проводим прямую перпендикулярную звену AB до пересечения с линией действия ускорения точки B (ползуна). Полученный отрезок nb=__мм, представляет собой вектор касательного ускорения точки B относительно точки А, а отрезок Pb=__мм, – вектор абсолютного ускорения точки B.

Тогда

a =nb× m_a; (26)

a =___× ___=____ м/с²;

a_B= Pb× m_a, (27)

a_B=___× ___=____ м/c².

Соединив точки a и b, получим отрезок ab=__мм, изображающий вектор ускорения точки B относительно точки А.

Тогда

a_BA=ab× m_a; (28)

a_BA=___× ___=____ мс².

Ускорение точки S₂ находим из условия подобия:

as₂/ab=AS₂/AB. (29)

Откуда

as₂=(AS₂/AB)× ab; (30)

as₂=(_/_)× _=_ мм.

Соединив точку S₂с полюсом P, получим отрезок, изображающий вектор скорости точки S₂, т.е. Ps₂=_мм.

Тогда

a_S₂=Ps₂× m_a; (31)

a_S₂=___× ___=____ м/с².

Если из произвольной точки Р отложить двенадцать векторов (см. программу ТММ1) a_S₂ для всех соответствующих положений центра масс шатуна, соединив их концы плавной кривой, то получим годограф ускорения точки S₂. Угловое ускорение шатуна AB определяем по формуле:

e₂= a /l₂; (32)

e₂=___/___=____ c^-2.

Кинематические диаграммы

Строим диаграмму перемещений S_B=S_B(j) на основе двенадцати положений ползуна B₀, B₁, B₂, …, B₁₂, соответствующих положениям кривошипа A₀, A₁, …, A₁₂. Ординату т.В в крайнем положении (В₀) принимаем за ноль, остальные точки – в выбранном масштабе, которые являются разницей текущего значения т.В по отношению к нулевому В₀.

Находим масштабные коэффициенты:

- длины: m_S= k ·m_l; m_S=___·___=____ м/мм,

где k – коэффициент пропорциональности;

- угла поворота j кривошипа: m_j=2× /L, m_j=2·___/___=____ рад/мм;

- времени: m_t=2× /w₁× L, m_t=2·___/___·___=____ с/мм,

где L – отрезок на оси абсцисс в мм.

Строим диаграмму скорости V_B=V_B(j) методом графического дифференцирования диаграммы S_B=S_B(j). Полюсное расстояние H₁=__ мм. Тогда масштабный коэффициент скорости m определим по формуле:

m_V=m_S× w₁/m_j× H₁; (33)

m_V=___× _/___× ___=____ (м/с)/мм.

Продифференцировав диаграмму V_B=V_B(j), получим диаграмму a_B=a_B (j). Полюсное расстояние H₂=___ мм. Масштабный коэффициент ускорения определим по формуле:

m_a=m_V× w₁/m_j× H₂; (34)

m_a=___× ___/___× ___=____ (м/с²)/мм.

Таблица 1

Силовой расчет

Основной задачей силового расчета является определение реак-

ций в кинематических парах механизма и внешней уравновешивающей силы, являющейся реактивной нагрузкой со стороны отсоединенной части машинного агрегата. В основу силового расчета положен принцип Даламбера, позволяющий применять уравнения равновесия кинетостатики, учитывая инерционную нагрузку для определения реакций связей. При этом рассматриваются статически определимые кинематические цепи (группы Ассура) и механизм I

Таблица 2 Значения сил в точке В

№	y_i, мм	р_i мПа	F_д, Н

класса, т.е. звено кривошипа.

В качестве примера приведен алгоритм решения для механизма двигателя с четвертой схемой сборки.

Определение сил инерции

Модули сил инерции звеньев определяем по формуле:

Ф_ui=m_i× a_i, (37)

где m_i– масса i-того звена, кг;

a_i– ускорение центра масс i-того звена, мс².

Подставив числовые значения, получим:

Ф_u₂=__·__=___ Н;

Ф_u₃=__× __=___ Н.

Направления сил инерции противоположны направлениям соответствующих ускорений. Направление момента сил инерции противоположно угловому ускорению шатуна e₂. Момент сил инерции шатуна определяется по формуле:

M_Ф2= J_п_S₂× e₂; (38)

M_Ф2=__× __=____ Н× м.

Систему сил инерции шатуна, т.е. главный вектор сил инерции Ф_u2, приложенный в центре масс, и момент сил инерции М_Ф2 относительно центра масс приводим к одной силе Ф_u2, приложенной в некоторой точке K. Расстояние между линиями действия силы инерции и приведенной силой вычисляется по формуле:

; (39)

h=__/___=___ мм.

Направление приведенной силы совпадает с направлением силы инерции, а направление момента приведенной силы относительно точки S₂ совпадает с направлением момента M_Ф₂.

Определение сил тяжести

Силы тяжести определяем по формуле:

G_i=m_i× g, (40)

где m_i- масса i-того звена;

g - ускорение силы тяжести.

Подставив числовые значения, получим:

G₂=__× 9, 81=___ Н;

G₃=__× 9, 81=___ Н.

Определение сил тяжести

Силу тяжести кривошипа определяем по формуле:

G₁=m₁× g, (49)

где m₁– масса кривошипа;

g – ускорение силы тяжести.

G₁=_× 9, 81=_ Н.

Рычаг Жуковского

С целью проверки правильности силового расчета механизма уравновешивающий момент M_y определяем с помощью рычага Жуковского.

На план скоростей, предварительно повёрнутый на 90 градусов вокруг полюса, в соответствующие точки переносим все заданные силы, включая силы инерции и уравновешивающую силу F_y. Из условия равновесия плана скоростей, как рычага, определяем уравновешивающую силу F_y, прикладывая ее в точке a, считая ее как бы приложенной в точке A кривошипа, и направляем перпендикулярно линии кривошипа ОА.

Таким образом:

F_y× Pa+Ф_u₂× h₄+G₂× h₅-F₃× Pb=0. (54)

Откуда:

F_y=(- Ф_u₂× h₄-G₂× h₅+F × Pb)/Pa; (55)

F =( __× __ - __× __ + __× __ )/___=____ Н.

Определяем величину уравновешивающего момента:

M =F × l ; (56)

M =__× __=___ Н× м.

Таблица 3

Динамический расчет

Синтез зубчатых механизмов

Список литературы

Основная литература

1. К.В. Фролов, С.А. Попов, А.К. Мусатов и др. Теория механизмов и механика машин: учебн. для втузов. – М.: Высш. шк., 2005. – 496 с.

2. Г.А.Тимофеев. Теория механизмов и машин: Курс лекций: учеб. пособие / Моск. Гос. Техн. Ун-т им. Н.Э.Баумана. – М.: Высш. образование, 2009. – 352 с.: ил., табл. (Основы наук)

3. С.И. Марченко, Е.П. Марченко, Н.В. Логинова. Теория механизмов и машин. – Ростов н/Д.; Феникс, 2003. – 263 с.

4. Е.К. Кичаев, А.М. Лашманов, П.Е. Кичаев, Л.А. Довнар. Теория механизмов и машин: учеб. пособие. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2007. – 134 с.

5. С.А. Попов. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин: учеб. пособие / С.А. Попов, Г.А. Тимофеев. Под ред. К.В. Фролова. – 6-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2008. – 458 с.: ил.

6. А.С. Кореняко и др. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин: учеб. пособие для вузов. Под ред. канд. тех. наук А.С. Кореняко. – 6-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1970 г. – М.: ООО «МедиаСтар», 2006. – 332 с.

Дополнительная литература

7. А.И. Смелягин. Теория механизмов и машин. – М.: Инфр А. – М.: НГТУ, 2003. – 263 с.

8. И.И. Артоболевский. Теория механизмов и машин. – М.: Наука, 1975. – 640 с.

9. А.М. Неймарк, А.К. Федосеев. Методические указания к курсовому проекту по теории механизмов и машин «Кинематическое и динамическое исследование кривошипно-ползунных механизмов с применением ЭВМ в диалоговом режиме». – Самара: Самарский политехнический ин-т, 1990. – 36 с.

И итогового контроля

По каждому из восьми разделов курса осуществляется самоконтроль, рубежный и итоговый контроль. Вопросы самоконтроля по разделам курса представлены после каждой лекции.

Рубежный контроль в соответствии с календарным планом проводится следующим образом:

1. Студент получает подробные сведения о форме проведения и знакомится с интерфейсом программы «Система тестирования АСТ».

2. Студент просматривает контрольные вопросы по соответствующему разделу с вариантами ответов.

3. Студент отвечает на вопросы раздела с неизвестными вариантами ответов и получает количество баллов и оценку освоенного материала (см. блок-схему рис. 4.1).

Итоговый контроль: студент отвечает на 8 вопросов по курсу ТММ, произвольно выбранных из каждого раздела, по аналогии блок-схемы на рис. 4.1, получая соответствующую оценку. В случае неудовлетворительной оценки (менее 40 баллов) предоставляется возможность повторного тестирования.

Более подробная информация о порядке тестирования находится на сайте

www.samgtu.ru/structure/faculties/mf/meh/

Тест пройден правильно: (100-80 баллов) – 5 (80-60 баллов) – 4 (60-40 баллов) – 3

Тест пройден неудовлетворительно: менее 40 баллов - 2

Повторное изучение материалов лекции и ссылок на основную литературу с указанием страниц соответствующего конкретного раздела

Зачет по теме

Р и с. 4.1. Блок-схема самоконтроля и итогового контроля

по каждому из разделов курса

Заключение

В пособии описаны методы структурного, кинематического и динамического анализа рычажных механизмов. Рассмотрены основные принципы синтеза зубчатых механизмов. Материал изложен с учетом требований и стандартов; представлены как графоаналитические, так и аналитические методы определения параметров механизмов и машин.

Пособие предназначено для студентов технических вузов очной и заочной формы обучения при решении самостоятельных практических работ и выполнении курсового проекта по теории механизмов и машин. Оно также может быть рекомендовано для студентов дневной и заочной форм обучения по направлениям 130500, 150000, 190000, 200500, 280000 при изучении курса «Теория механизмов и машин».
ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица П.1

Таблица П.2

И единиц измерения в ТММ

Наименование	Обозначение	Ед. измерения
СТРУКТУРА МЕХАНИЗМА
Число подвижных звеньев	n
Число степеней свободы	W
Кинематические пары	А, В, С...
Номер стойки, звена	0, 1, 2, 3...
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Путь (перемещение) точки, например точки В	S, S_в	м
Угол поворота звена i относительно звена j		град
Расстояние между точками В и С, длины i-того звена		м
Скорость точки (например В и С)		м/с
Частота вращения i-того звена	n_i (n₁, n_2...)	об/мин
Обобщенная координата		град
Аналоги скорости и ускорения точки С

Окончание табл. П.2

Наименование	Обозначение	Ед. измерения
Передаточное отношение угловых скоростей выходного и входного звеньев	U_n₁=
Ускорение точки (например, В или С)		м/с²
Ускорение точки абсолютное, тангенциальное, нормальное, Кориолиса		м/с²
Угловое ускорение i-того звена		с^-2
Масштабные коэффициенты длин, скоростей и ускорений		м/мм, , .
Время	t	с
СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Сила, действующая на звено		H
Сила, действующая на звено j со стороны звена i (реакция в кинематической паре)		H
Сила тяжести звена i		H
Составляющие реакции относительно оси звена, осей Х и У		Н
Главный вектор сил инерции i-того звена,		Н
Момент силы относительно точки В, относительно осей	М_В, М_x_,М_y	Н М
Работа сил	A	ДЖ
Масса i-того звена	m_i	кг
Момент инерции i-того звена относительно центральной оси	J_si	кг м²
Главный момент сил инерции i-того звена		Н М
Кинетическая энергия i-того звена	T_i	ДЖ
Мощность силы	N	Вт
Коэффициент неравномерности движения механизма
Приведенная сила	F_п	Н
Приведенный момент	М_п	Н М
Приведенный момент инерции механизма	J_п	Кг м²

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

2. Г.А. Тимофеев. Теория механизмов и машин: курс лекций: уч. пособие / Моск. Гос. Техн. Ун-т им. Н.Э.Баумана. – М.: Высш. образование, 2009. – 352 с.: ил., табл.

3. С.И. Марченко, Е.П. Марченко, Н.В. Логинова. Теория механизмов и машин. – Ростов н/Д.: Феникс, 2003. – 263 с.

4. Е.К. Кичаев, А.М. Лашманов, П.Е. Кичаев, Л.А. Довнар. Теория механизмов и машин: учебн. Пособие. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т., 2007. 134 с.

6. А.С. Кореняко и др. Курсовое проектирование по террии механизмов и машин: учебн. пособие для вузов / Под ред. канд. тех. наук А.С. Кореняко. – 6-е изд., стер. Перепечатка с издания 1970 г. – М.: ООО «МедиаСтар», 2006. – 332 с.

7. И.П. Филонов, П.П. Анципорович, В.К. Акулич и др. Методическое пособие по курсовому проектированию курса «Теория механизмов и машин». – Минск: Белорусск. политехн. ин-т, 1988. – 110 с.

8. А.М. Неймарк, А.К. Федосеев. Методические указания к курсовому проекту по теории механизмов и машин «Кинематическое и динамическое исследование кривошипно-ползунных механизмов с применением ЭВМ в диалоговом режиме». – Самара: Самарский политехнический ин-т, 1990. – 36 с.

9. А.М. Неймарк, И.Н. Булавинцев. Проектирование зубчатых механизмов с применением ЭВМ в диалоговом режиме: метод. указ. к курсовому проекту по теории механизмов и машин. – Самара: Самарск. гос. техн. ун-т, 2004. – 32 с.

Учебное издание

Кичаев Евгений Константинович

Лашманов Александр Михайлович

Кичаев Петр Евгеньевич

Довнар Любовь Анатольевна

Теория механизмов и машин

2-е издание

Редактор Е.В. Абрамова

Компьютерная верстка Е.А. Образцова

Выпускающий редактор Ю.А. Петропольская

Подписано в печать 11.04.12

Формат 60х84 1/32. Бумага офсетная

Усл. п. л. 13, 48. Уч.-изд. л. 13, 43

Тираж 100 экз. Рег. № 7/12

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус

Отпечатано в типографии

Самарского государственного технического университета

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус №8

Задание

Введение

Целью данного курсового проекта является проектирование и исследование механизма ____________________.

Структурный анализ механизма

Кривошипно-ползунный механизм состоит из четырех звеньев:

0 – стойка;

1 – кривошип;

2 – шатун;

3 – ползун.

Также имеются четыре кинематические пары:

I – стойка 0-кривошип OA;

II – кривошип OA-шатун AB;

III – шатун AB-ползун B;

IV – ползун B-стойка 0.

I, II и III являются вращательными парами. IV – поступательная пара.

Все кинематические пары являются низшими, т.е. p_нп=_, p_вп=_.

Степень подвижности механизма определяется по формуле Чебышева:

W=3× n-2p_нп-p_вп, (1)

где n – число подвижных звеньев, n =_

p_нп – число низших пар,

p_вп – число высших пар.

W=_________=_.

- Ход ползуна S =__ м.

- Эксцентриситет равен e =___

- Максимальный угол давления между шатуном и кривошипом [J] =___^°

Отношение длины кривошипа к длине шатуна

l=l₁l₂=tg [J], (2)

l=tg __=___.

Длину кривошипа l₁ определяем из рассмотрения двух крайних положений механизма, определяющих ход ползуна S:

S=OB₁-OB₂=(l₁+l₂)-(l₂-l₁)=2l₁. (3)

Откуда

l₁=S2; (4)

l₁=___2=___ м.

Длина шатуна:

l₂=l₁l; (5)

l₂=____=__ м.

Расстояние от точки А до центра масс S₂ шатуна

l₃=___× l₂, (6)

l₃=__× __=___ м.

Угловая скорость кривошипа w :

w₁=____ c^-1. (7)

12 3 4 5 Следующая ⇒