Синтез и исследование рычажного механизма

Территория рекламы

Липецкий государственный технический университет

Кафедра «Прикладной механики»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Теория механизмов и машин»

Синтез и исследование рычажного механизма

Студент                                       07.06.15                           Савенков Д.Р.

                                                    подпись, дата           фамилия, инициалы

Группа КТМ-13

Руководитель

__________________        07.06.15                                    Юров М.Д.

ученая степен, ученое звание                        подпись, дата                        фамилия, инициалы

Липецк  2015 г.

 

Содержание

Введение                                                                                                                         3

1 Исследование рычажного механизма                                                                       4

1.1 Структурный анализ механизма                                                                             4

1.2 Кинематический расчет механизма                                                                        5

1.2.1 Построение плана скоростей                                                                                5

1.2.2 Построение плана ускорений                                                                               6

1.3 Силовой расчёт механизм                                                                                        7

1.3.1 Определение инерционных сил                                                             7

1.3.2 Силовой расчёт группы 4-5                                                                                  8

1.3.3 Силовой расчёт группы 2-3                                                                                  8

1.3.4 Силовой расчёт входного звена                                                                           9

1.3.5 Проверка силового расчета механизма «рычагом» Жуковского.                    10

Вывод                                                                                                                             10

 

Введение

Одной из  ведущих отраслей современной техники является машиностроение. По уровню развития машиностроения судят о развитии производительных сил в целом. Прогресс машиностроения в свою очередь определяется созданием новых высокопроизводительных и надёжных машин. Решение этой важнейшей проблемы основывается на комплексном использовании результатов многих дисциплин и, в первую очередь, теории механизмов и машин.

Теория механизмов и машин - наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и проектировании их схем.

Качество создаваемых машин и механизмов в значительной мере определяется полнотой разработки и использования методов ТММ. Чем более полно будут учтены при построении механизмов и машин критерии производительности, надёжности, точности и экономичности, тем совершеннее будут получаемые конструкции.

В данной курсовой работе требуется произвести кинематический, динамический и силовой расчёт рычажного механизма.

Рычажным механизмом называется механизм, звенья которого образуют только вращательные и поступательные кинематические пары.

Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям - безопасности обслуживания и создания наилучших условий для обслуживающего персонала, а также эксплуатационным, экономическим, технологическим и производственным требованиям. Эти требования представляют собой сложный комплекс задач, которые должны быть решены в процессе проектирования нового механизма.

Решение этих задач на начальной стадии проектирования состоит в выполнении анализа и синтеза проектируемого механизма, а также в разработке его кинематической схемы, обеспечивающей с достаточным приближением воспроизведение требуемого закона движения. Изначально исследуется кинематика рычажного механизма. Строится план механизма, план скоростей и ускорений. Затем производится силовой анализ рычажного механизма. Строится план сил групп. Определяются силы, действующие на механизм.

1 Исследование рычажного механизма

  1.  Структурный анализ механизма

Задана схема рычажного механизма.

                 1-кривошип;

                 2-кулиса;

                 3-кулисный камень;

                 4- кулисный камень;

                 5-ползун.

Рисунок 1- Схема рычажного механизма

Механизм является плоским и не содержит высших пар IV класса, в его состав входит пять подвижных звеньев, образующих следующие кинематические пары:

Таблица 1 – Кинематические пары

Звенья0-11-22-33-02-44-55-0Вид парыВВПВПВП

Здесь «В» означает вращательную пару, «П» - поступательную пару.

Структурный анализ механизма выполняется в следующей последовательности:

1) определяем число W степеней свободы механизма. Для плоских механизмов используется формула Чебышева:

W=3n-2p5-p4 (1),

где n – число подвижных звеньев;

2p5- число кинематических пар механизма V класса (вращательных и поступательных);

P4- число кинематических пар IV класса (в рычажных механизмах p4=0).

W=3*5-2*7-0=1.

2) из состава механизма выделяются начальные звенья и стойка (число начальных звеньев равно числу степеней свободы), оставшаяся кинематическая цепь расчленяется на нулевые группы (группы Ассура).

Рисунок 2 – Разбиение механизма на группы Ассура

Формула строения механизма:

I (1)         II (2-3)         II (4-5)

Поскольку класс механизма определяется наивысшим классом входящей в него структурной группы, то механизм относится ко II классу.

1.2 Кинематический расчет механизма

1.2.1 Построение плана скоростей

Скорость точки B находим из выражения:

VB=ω1 ∙ lAB

где ω1  = =11.51 рад/с

VB= 11,51∙ 0,27=3,11 м/с

VB направленна перпендикулярно звену AB в сторону вращения звена 1. Откладываем из точки P (полюса плана скоростей) отрезок Pb, выражающий скорость VB в масштабе μv=93,3/3,11=30. Скорость точки С находим из выражения векторов:

 VC   =  VB  +  VBC

║BC       ⊥AB       ⊥BC

Здесь обозначения векторов, подчеркнутые двумя горизонтальными линиями, означают, что значение этого вектора известно как по величине, так и по направлению; если обозначение вектора подчеркнуто одной линией, то известно только его направление. Решая уравнение графически, находим модули скоростей, измеряя на плане скоростей вектора:

VBC = =  

VC = =  

Угловая скорость звена 2:

ω2 ==  =

Скорость точки D2 находим из выражения векторов:

VD2   =  VB  +  VD2B

║DB   ⊥AB    ⊥DB

Найдём скорость D2B из выражения:

VD2B = ω2 ∙ lDB  =  0.21 = 0.82 м/с

Решая уравнение графически, находим модуль скорости, измеряя на плане скоростей вектора:

VD2 = =  

Скорость точки S5 будет равна скорости точки D5 так, как звено движется поступательно. Скорость точки D5 находим из выражения векторов:

VD5   =  VD2  +  VD2D4

║x-x                 ║DB

Решая уравнение графически, находим модули скоростей, измеряя на плане скоростей вектора:

VD2D4 = =  

VD5 = =  

VD5 = VS5=

1.2.2 Построение плана ускорений

Так как частота вращения кривошипа постоянна (ω1=const), то угловое ускорение звена 1 отсутствует, абсолютное ускорение точки B равно нормальной составляющей aB=ω12*lAB .

aB=aBn=ω12∙ lAB = 11,512 ∙ 0,27 = 35,77 (м/с2).

На чертеже откладываем отрезок πb параллельный звену АВ, изображающий ускорение точки B в масштабе:

μa=πb/aB=107,31/35,77= 3(мм/м*с-2).

Ускорение точки С находим, решая систему векторных уравнений:

aC= aBn +aBC;

aC=aBn+aCBn+aCBτ;

Нормальная составляющая ускорения aCB равна :

aCBn=ω22 ∙ lBC=3,912 ∙ 0,75 = 11,47 (м/с2).

На чертеже откладываем отрезок bc’ параллельный звену ВC, изображающий нормальное ускорение точки aBCn .

bc’= aCBn ∙ μa=11.47 ∙ 3=34.41(м/с2).

 

Из точки c’ отложим отрезок перпендикулярный звену ВC изображающий тангенсальное ускорение aCBτ.

Из точки П отложим отрезок параллельный звену ВC изображающий абсолютное ускорение aC точки С. На пересечении отрезков изображающих тангенсальное ускорение aCBτ и абсолютное ускорение aC получим точку с.

Решая систему уравнений графически, измеряя на чертеже, находим модули ускорений aCτ и aC :

aBCτ =сс’/μa=36,03/3=12,01 (м/с2);

aC = πc /μa=66,69/3=22,23(м/с2);

Ускорение точки D2 находим, решая систему векторных уравнений:

aD2= aBn +aD2B;

aD2=aBn + ak + aR;

aD2= aD2n + aD2τ;

где: ak - ускорение Кориолиса, aR – реактивная составляющая.

На чертеже откладываем отрезок bfизображающий Кориолисово ускорение ak направленно перпендикулярно BD в сторону вектора относительной скорости  VD2D4 повернутого на 90⁰ в направлении ω2:

ak = 2 ∙ VD2D4 ∙ ω2= 2 ∙ 1,73 ∙ 3,91=13,53(м/с2); 

bf= ak ∙ μa=13.53 ∙ 3=40.59(м/с2).

Из точки f отложим в масштабе вектор fd изображающий aR – реактивную составляющую точки D2 параллельно BD.

Графически, измеряя на чертеже вектор fd, находим модули ускорений aR:

aR = fd /μa=91,46/3=30,49 (м/с2);

Из точки П отложим отрезок Пd2 параллельный звену DВ изображающий  ускорение aD2n;  

aD2n =ω22 ∙ lBD=3,912 ∙ 0,21 = 3,21 (м/с2).

Пd2= aD2n ∙ μa= 3,21∙3=9,63

Перпендикулярно ему отложим отрезок d2d изображающий  ускорение aD2τ. На пересечении ускорений  aR и aD2τ получим точку d.

Графически, измеряя на чертеже вектора d2d и Пd, находим модули ускорения aD2τ и абсолютного ускорения aD2:

aD2τ = dd2 /μa=4.58/3=1,53 (м/с2);

aD2 = Пd /μa=10.66/3=3,55 (м/с2);

Из точки d отложим отрезок параллельный звену DВ изображающий  относительное ускорение aD2 D4 и из точки П отложим отрезок параллельный звену D5 изображающий  абсолютное  ускорение aD5 ползуна 5, на пересечении отрезков получим точку d5.

Графически, измеряя на чертеже вектора dd5 и Пd5, находим модули ускорений aD2D4 и aD5 :

aD2D4 = dd5 /μa=10,47/3=3,49 (м/с2);

aD5 = Пd5 /μa=4,66/3=1,55 (м/с2);

Найдём модули угловых ускорений:

εBC=aBCτ/BC=12,01 /0,75=16,01 (с-2);

ε D2= aD2τ /BD=1,53 /0.21=7,29 (с-2);

1.3 Силовой расчёт механизма

1.3.1 Определение инерционных сил

Главный вектор сил инерции звена 2:

Ф2=-m*aS2; aS2=πs2/μa=69,55/15=4,64(м/с2);

Ф2=-30*4,64=-139,2(H),направлен противоположно aS2и приложен к точке S2.

Главный момент сил инерции:

MФ2=-IS2*ε2;

MФ2=-IS2*ε2=-0,15*4,15=-0,62(Н*м), направлен противоположно ε2.

Для замены одной равнодействующей Ф2 МФ2, находим отрезок на чертеже, выражающий плечо hФ2, на которое должен быть смещён вектор Ф2.

hФ2=МФ2*μe/Ф2=0,62*0,2/133,5=0,00093(мм).

μe– масштаб плана механизма.

Звено 5:

Ф5=-m*aS5;

aS5=ak=πk/μa=38,48/15=2,57 (м/с2).

Ф5=-65*2,57=-167,05(Н), направлен противоположно aS5.

Инерционные силы звеньев, массы и моменты инерции которых не заданы, предполагаются пренебрежимо малыми и в силовом расчёте не учитываются.

1.3.2 Силовой расчёт группы 4-5

Отделяем нулевую группу 4-5 от механизма и нагружаем её силами. Составляем векторные уравнения статики для группы 4-5:

1) Векторная сумма сил действующих на звено 5 равна нулю.∑F(4-5)=0

Fn43+Fпс-G5+Ф5+F56=0.

Решая уравнение графически, находим модули сил F43 и F56;

Сумма моментов действующих на звено 4 относительно точки D равна нулю ∑Mk(4)=0:

Fτ43*KE+M43=0, Fτ43=0.

3) Выбираем масштаб плана сил.

μf=l*(Fпс+Ф5+G5)/(Fпс+Ф5+G5);

G5=m5*g=65*9,81=637,65 (H);

(Fпс+Ф5+G5)=10000+167,05-637,65;

μf=142,94/9529,4=0,015(мм/мм).

4) Находим неизвестные силы:

F43=l(F43)/μf=151,1/0,015=10073,33 (Н);

F56=l(F56)/μf=48,94/0,015=3262,66 (Н).

1.3.3 Силовой расчёт группы 2-3

Сумма моментов действующих на нулевую группу 2-3, нагружаем ее силами.

∑Мс(2)=0;

∑Мс(3)=0;

∑F(2-3)=0;

∑Мс(2)=F12τ *lBC+Ф2*h2-G2*h=0, отсюда

F12τ=(-Ф2*h2+G2*h)/lBC;

G2=m2*g=30*9,81=294,3 (H);

F12τ=(-Ф2*h2+G2*h)/lBC;

F12τ=(-3844,7+2663,42)/75=-15,75(H);

Сумма моментов ∑MC(3)=0:

F34*h3-F30τ*DC=0;

F30τ=F34*h3/CD=0;

F30τ=(10073,33*0,4033)/0,4=10156,44 (H);

Векторная сумма сил действующих на группу 2-3 равна нулю ∑F(2-3)=0:

F21n+F21τ+F34+G2+Ф2+F30n=0.

Решая уравнение графически, находим модули сил:

F21=6798 (H); F30n=12926 (H).

1.3.4 Силовой расчет входного звена

Составляем уравнение равновесия входного звена.

1) Сумма моментов действующая на входное звено 1 равно нулю.

∑MA(1)=0:

F12=-F21=6798 (H).

Уравновешивающий момент:

My=F12*h12=6798*0,15=1019,7 (H*м).

2) Векторная сумма сил действующая на звено 1 равна нулю ∑F(1)=0:

F16+F12=0;

F16=-F12.

  

1.3.5 Проверка силового расчета механизма «рычагом» Жуковского

Строим «рычаг» Жуковского, поворачивая на 90 градусов план скоростей. Прикладываем в соответствующие точки известные силы тяжести, силы инерции и силу полезного сопротивления Fnc. Силы тяжести прикладываем в центрах масс, а точки приложения сил инерции определяем с помощью теоремы подобия.

Пара сил Fy1и Fy2заменяет уравновешивающий момент My. Силы реакции являются внутренними, они взаимно уравновешены внутри механизма, поэтому на «рычаг» Жуковского не переносятся.

Составляем уравнение моментов относительно полюса Р:

(Fnc+Ф5-G5)*pk+G2*h-Ф2*h2-Fy*pb=0;

Fy=((Fnc+ Ф5-G5)*pk+G2*h-Ф2*h2)/pb;

Fy=((10000+167,05-637,65)*50,56+294,3*88,14-139,2*14,55)/100;

Fy=(481806,464+25939,6-2025,36)/100=5057,2 (H);

Уравновешивающий момент:

My=Fy*AB=5057,2*0,2=1011,44 (Н*м);

Относительная погрешность расчета:

Δ={[(My)-My]/My}*100%=[(1019,7-1011,44)/1019,7]*100%=0,81%, что меньше [1%].

Вывод

В результате исследования рычажного механизма, выполнил кинематический и силовой расчёты механизма, графическим и аналитическим методами. Графический метод исследования механизма имеет значительно большую наглядность.

А также выполнил проверку силового расчета механизма «рычагом» Жуковского. Относительная погрешность расчета равна 0,81, что меньше [1%].

Список источников

Артоболевский И.И. Теория Механизмов и Машин. Москва : Изд-во «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1975. - 638с.

Динамический и кинематический анализ механизмов: МУ 618 к курсовому проектированию по «Теории механизмов и машин». Составитель Б.Т. Фурсов. Типография Липецк , 1989. - 35с.

Курсовое проектирование по теории механизмов и машин: Учеб. пособие для ВТУзов / Под редакцией К.В. Фролова – М: /Высш. Шк., 1999.-351с.

Бондаренко П.А. Теория механизмов и машин: сборник заданий для курсовой работы студентов специальностей А, АТ/ П.А. Бондаренко, Е.В. Ганул. – Липецк: Издательство ЛГТУ, 2009. – 31с.

 

 

 

 

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Скачать

Poyasnitelnaya_Zapiska.doc

Poyasnitelnaya_Zapiska.doc
Размер: 704.5 Кб

Бесплатно Скачать

Пожаловаться на материал

Курсовая работа По дисциплине «Теория механизмов и машин». Исследование рычажного механизма. Структурный анализ механизма. Кинематический расчет механизма

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Рабочая программа учебной дисциплины Дошкольная педагогика

Рабочая программа учебной дисциплины разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по профессии или специальности Дошкольное образование

Рентна плати за користування радіочастотним ресурсом України, спеціальне використання води, лісових ресурсів

Платниками є загальні користувачі радіочастотного ресурсу України, визначені законодавством про радіочастотний ресурс, які користуються радіочастотним ресурсом України в межах виділеної частини смуг радіочастот загального користування на підставі ліцензії (дозволу).

Эпоха Екатерины II — время просвещенного абсолютизма в России

После смерти Петра I его реформаторский курс продолжила Екатерина II, которая сумела выразить национальные интересы русских и войти в историю как великая императрица, правившая страной 34 года

Бизнес-план по производству пирожных

Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта

Дипломный проект на тему: Проектирование технологического процесса технического обслуживания и текущему ремонту контрольно – измерительных приборов автомобиля ВАЗ - 2112 с разработкой планировочного решения зоны текущего ремонта

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok