Структурный и кинематический анализ механизма

ВВЕДЕНИЕ

 

В данное время определена стратегия ускорения социально-экономического развития нашей страны на длительную перспективу. Намечено принять и поднять на качественную ступень производительные силы и производственные отношения, ускорить научно-технический прогресс. Ускоренными темпами предстоит развивать машиностроение, являющееся ключевой отраслью, определяющей темпы технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства.

Решить столь важные народно-хозяйственные задачи по повышению  эффективности и качества продукции можно путем точного проектирования механизма.

Цель курсового проекта - закрепление теоретического материала  и знаний, полученных при изучении курса, практических знаний, навыков в расчетах механизмов и машин применяемых в транспортном, автомобильном и с/х машиностроении, а также использованием справочных данных и материалов стандартной терминологии. Курсовой проект состоит из трех листов, охватывающих основные разделы теоретического курса.

Курсовой проект выполняется  по индивидуальному заданию. Задание курсового проекта предусматривает исследование машинного агрегата, который состоит из компрессора, передаточного зубчатого механизма, рабочей машины, кулачкового механизма управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.СТРУКТУРНЫЙ  АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА.

 

Число степеней свободы  механизма определяем по формуле  П. Л. Чебышева.

 

где    n- число подвижных звеньев механизма,

p₅- число кинематических пар пятого класса,

p₄- число Кинематических пар четвертого класса.

В исследуемом механизме n=5, p₅=7, p₄=0, т.е.

 

 

Следовательно, исследуемый  механизм имеет одно начальное звено  и все звенья совершают вполне определенные движения.

Определяем класс механизма. Класс механизма определяется высшим классом группы Ассура, входящей в состав механизма. Определение групп начинаем с самой удаленной от начального звена (кривошипа). Отделяем группу второго класса второго вида со звеньями 4 и 5.

 

Затем отделяем группу второго  класса второго вида со звеньями 2 и 3.

В результате деления остается механизм первого класса, в состав которого входит начальное звено 1 и стойка 0.

 

Формула строения механизма  имеет вид

 

I(0;1)             II(2;3)

                      II(4;5)

 

Таким образом, данный механизм относится ко  II  классу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. КИНЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА

 

1. Построение плана положений механизма.

 

План положений механизма  является основой для построения кинематических диаграмм линейного перемещения ползуна, или углового перемещения выходного звена. Построение плана положений механизма выполняется в масштабе, определяемом коэффициентом длин m_l который равен отношению действительной длины звена lOA к длине отрезка ОА в миллиметрах, изображающего эту длину на чертеже.

 Определяем масштабный коэффициент  длин:

 

m_l

м/мм .

 

Зная величину отношения  длины шатуна к длине кривошипа, определим длину шатуна:

lАВ = lАС =

l0A =3,5 0,09 = 0,315 м.

Зная масштабный коэффициент  и значения длин остальных звеньев, определим длины отрезков, которые изображают звенья на кинематической схеме:

 

ОА =

мм,    70мм.

 

Далее вычерчивается кинематическая схема механизма. На траектории точки В ползуна 3 находим её крайние положения. Для этого из точки O радиусом ОВ =ОА-АВ делаем одну засечку на линии и определяем крайнее левое положение, а радиусом ОВ₆=ОА+АВ другую засечку - правое крайнее положение. Точки В₀ и В₆ будут крайними положениями ползуна 3. Вращение кривошипа- по часовой стрелке. Начиная от нулевого положения кривошипа делим траекторию точки А на 12 равных частей и методом засечек находим все остальные положения звеньев механизма. Для каждого положения механизма находим положение центра масс S₂ , соединив последовательно точки S₂ во всех положениях звеньев плавной кривой получим траекторию движения центра масс звена 2.

Положение механизма, заданное для силового расчета (10-е положение), вычерчиваем основными линиями.

 

 

 

 

 

 

2. Построение планов скоростей.

 

Определение скоростей  точек звеньев механизма производим методом планов в последовательности, определенной формулой строения механизма. Вначале определяем линейную скорость ведущей точки А:

v_A= w₁× l_OA=

× l_OA

где w₁ - угловая скорость начального звена ОА;

n₁- частота вращения начального звена ОА, мин ;

l_OA- длина звена ОА, м;

w₁=

c .

v_A =

м/с

Скорость точки А будет одинаковой для всех положений механизма. Масштабный коэффициент плана скоростей определяется как отношение величины скорости точки А vА к длине вектора ( ), изображающего её на плане скоростей, т.е.

Масштабный коэффициент  плана скоростей выбираем из ряда стандартных значений. Для данного случая примем 0,1 . Тогда длина вектора скорости точки А

мм.                               

    

Вектор  перпендикулярен кривошипу ОА и направлен в сторону его вращения.

Определим скорость точки С, принадлежащей группе Ассура (4,5). Рассмотрим движение точки С по отношению к точке А, а затем по отношению к С₀ (принадлежащей неподвижному звену). Запишем векторные уравнения, которые решаются графически:

 

Согласно первому уравнению, через точку а на плане скоростей проводим прямую, перпендикулярную АС, а согласно второму- через точку P (т.к. ) проводим прямую, параллельную направляющей . Пересечение этих прямых определяет положение точки с, изображающей конец вектора и . Из плана скоростей имеем:

Скорость центра масс S₄ звена 4 определим по теореме подобия:

,

Откуда

мм.

На плане скоростей  отложим на векторе  от точки а отрезок длинной 25 мм. Соединив точку s4 c полюсом р, получим вектор скорости центра масс s4 звена 4. Тогда

м/с

Скорости точек, принадлежащих группе Ассура 4, 5 определены.

Переходим к построению плана скоростей для группы(2,3). Рассмотрим движение точки В относительно точки А, а затем по отношению к точке В₀, принадлежащей неподвижной направляющей ( ). Запишем два векторных уравнения, которые решим графически:

Согласно первому уравнению  через точку А плана скоростей проводим прямую, перпендикулярную к АВ, а для решения второго уравнения необходимо через полюс P провести прямую, параллельную направляющей. На пересечении этих прямых и будет находиться искомая точка В.

Величины скоростей  определим, умножая длины векторов на плане скоростей на масштабный коэффициент :

 

 

Скорость центра масс S₂ звена 2 определим по теореме подобия:

,

Следовательно:

м/с

В указанной последовательности производится построение планов скоростей для всех 12-ти положений механизма. Причем, векторы, выходящие из полюса P, изображают абсолютные скорости, а отрезки соединяющие концы этих векторов- относительные скорости точек. Определим угловые скорости звеньев:

 

Направление угловой  скорости звена AВ определится, если перенести вектор скорости точки В относительно точки A параллельно самому себе в точку  В на схеме механизма и установить направление вращения звена AВ относительно точки B под действием этого вектора. В рассматриваемом случае в положении 2 механизма угловая скорость направлена против часовой стрелки.

 

Вычисленные таким образом  величины линейных и угловых скоростей  сводим в таблицу 2.1.

 

Таблица 2.1- Результаты расчета  линейных и угловых скоростей  механизма

№	VA	VВ	VС	V	V	VАВ	VАС	w1	w2	w4
	м/с							с
0	14.1	0,00	10,38	9,42	12,54	14,13	7,31	157	44,87	23,20
	-	8,89	14,13	11,20	14,13	12,37	0,00	-	39,28	0,00
	-	14,10	14,10	13,70	13,70	7,31	7,31	-	23,20	23,20
	-	14,13	8,89	14,13	11,20	0,00	12,37	-	0,00	39,28
	-	10,38	0,00	12,54	9,42	7,31	14,13	-	23,20	44,87
	-	5,25	8,89	10,41	11,20	12,37	12,37	-	39,28	39,28
	-	0,00	14,10	9,42	13,70	14,13	7,31	-	44,87	23,20
	-	5,25	14,13	10,41	14,13	12,37	0,00	-	39,28	0,00
	-	10,38	10,38	12,54	12,54	7,31	7,31	-	23,20	23,20
	-	5,25	5,25	14,13	10,41	12,37	12,37	-	39,28	39,28
	-	14,10	0,00	13,70	9,42	7,31	14,13	-	23,20	44,87
	-	8,89	5,25	11,20	10,41	12,37	12,37	-	39,28	39,28

 

2.3 Построение  годографа скоростей точки S2.

 

Построение годографа скоростей точки S2 производится в такой последовательности:

- на свободном поле чертежа  отмечаем полюс р;

- методом параллельного  переноса сносим векторы скоростей  выбранного центра масс S2, совмещая их начало с полюсом годографа;

- соединяем концы векторов  плавной кривой.

 

 

 

2.3 Построение  планов ускорений.

 

Последовательность построения плана ускорений также определяется формулой строения механизма. Вначале определим ускорение ведущей точки A. При начального звена ОА точка А имеет только нормальное ускорение

Ускорение точки А а_А будет одинаковым для всех положений механизма. Масштабный коэффициент плана ускорений определяется как отношение величины ускорения точки А аА к длине вектора ( ), изображающего её на плане скоростей, т.е.

или

 

Масштабный коэффициент  плана скоростей выбираем из ряда стандартных значений. Для данного случая примем =35 . Тогда длина вектора скорости точки А

мм.

Вектор  на плане ускорений направлен параллельно звену ОА от точки А к центру вращения начального звена – точке О.

А теперь построим план ускорений группы (4,5). Здесь известны ускорения точки А и направляющей С0. Запишем два векторных уравнения, рассматривая движение точки C относительно А и относительно направляющей C₀.

где - нормальное ускорение в относительном движении точки C по отношению к точке А;

- тангенциальное ускорение в  том же движении;

- ускорение точки C₀ направляющей ;

- ускорение точки C ползуна относительно точки C₀ направляющей.

Вектор нормального ускорения  направлен параллельно АC от точки C к точке A. Величина этого ускорения:

На плане ускорений  через точку а проводим прямую, параллельную звену АC и откладываем на ней в направлении от точки C к точке А вектор , представляющий в масштабе ускорение :

мм

Через точку n₂ проводим прямую в направлении вектора тангенциального ускорения перпендикулярно к звену АC.

В соответствии со вторым уравнением через полюс p и совпадающую с ним точку C₀ (ускорение для неподвижной направляющей) проводим прямую в направлении ускорения параллельно направляющей ОС. Точка C пересечения этих прямых определяет конец вектора абсолютного ускорения точки C.