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:

Психологические основы изобразительной деятельности детей младшего дошкольного возраста

Значение изобразительной деятельности для психического развития ребенка давно изучалось психологами.

Экологические аспекты производства

Характеристика сточных вод предприятия. Методы и способы очистки сточных вод. Принципиальная схема очистки сточных вод пищевых предприятий

Внутрішня медицина. Тест і відповіді

Анализ объема производства и реализации продукции

Анализ выпуска отдельных видов продукции в натуральном выражении. Анализ выпуска и реализации продукции в стоимостном выражении Анализ эффективности использования основных фондов Анализ показателей по труду и заработной плате. Анализ себестоимости продукции Анализ финансовых результатов Анализ финансового состояния

Функция нескольких переменных

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok