Структурный, кинематический анализ и силовой расчет рычажного механизма

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Сентября 2013 в 17:25, курсовая работа

Описание

Цель структурного анализа – выявить строение (структуру) механизма:

- определить число звеньев механизма и назвать каждое из них;

- определить числа кинематических пар и дать характеристику (соединения каких звеньев, вращательная, поступательная, низшая или высшая, какого класса);

- выявить структурные группы (группы Ассура), входящие в состав механизма, назвать их, определить класс группы, написать формулу строения группы;

- определить степень подвижности механизма;

- привести формулу строения для всего механизма.

Работа состоит из  1 файл

Пояснительная записка .doc

— 2.79 Мб (Скачать документ)

          

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

                                                                                            

 

 

 

                                                           Кафедра теоретической и прикладной механики

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

ПО ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

 

Структурный, кинематический анализ и силовой расчет рычажного механизма

 

 

 

 

 

 

                                                                                 Выполнил

 

                                                                   Руководитель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2008

 

Томский политехнический университет

 

 

Кафедра теоретической  и прикладной механики

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН

 

 

     

 

 

РЫЧАЖНЫЙ МЕХАНИЗМ

Кинематический анализ и силовой  расчет механизма

                                                                                  

                                                                                                     Задание №  10        

Схема механизма  График силы полезного сопротивления

 

 

Исходные данные:

a

b

c

Мм

675

1350

810

270

1350

1080

1174,5




Размеры звеньев:

 
 

 

Частота вращения кривошипа…………………………………      об/мин;

Сила полезного  сопротивления ………………………………. =2025   H;

Коэффициент неравности хода…………………………………

Дополнительные  условия: Длина звена ВЕ определяется конструктивно                      

                                                                                                                                     

                           

 

1 Рычажный механизм

1.1 Структурный  анализ механизма

 

Цель структурного анализа  – выявить строение (структуру) механизма:

 

-  определить число  звеньев механизма и назвать каждое из них;

 

- определить числа кинематических пар и дать характеристику (соединения каких звеньев,  вращательная, поступательная, низшая или высшая, какого класса);

 

- выявить структурные  группы (группы Ассура), входящие  в состав механизма, назвать их, определить   класс группы, написать формулу строения группы;

 

- определить степень  подвижности механизма;

 

- привести формулу строения  для всего механизма.

 

Структурный анализ и структурный состав механизма представлены в таблицах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                             

 Структурный анализ механизма

Подвижные звенья

Кинематические пары

Схема

Название

Схема

Название

Степень подвиж-ности

Символ

Кривошип

Враща-

тельная

низшая

1

Шатун

Враща-

тельная

низшая

1

Кулиса (коромысло)

Враща-

тельная

низшая

1

Камень кулисы

Враща-

тельная

низшая

1

Ползун

Враща-

тельная

низшая

1

   

Поступа-тельная

низшая

1

   

Поступа-тельная

низшая

1

Число звеньев n=5

Степень подвижности  механизма

W=3n – 2P5 – P4 = 3∙5 - 2∙7 = 1.

                                                                                                                                           

Структурный состав механизма

Схема

Название

Количество звеньев

Количесто кинемати-ческих пар

Формула строения

Всего

Поводковых

1

Двухзвенная, двухповодковая

группа Ассура

II класса

2 порядка

3 вида

W=3×2-2×3=0

2

3

2

3450)

[ ]

2

Двухзвенная,

двухповодковая

группа Ассура

II класса

2 порядка

1 вида

W=3×2-2×3=0

2

3

2

1230)

[ ]

3

Начальный механизм

1 класса

W=3×1-2×1=1

1

1

 

Формула строения механизма: -[ ] - [ ]

Начальных механизмов – 1

Структурных групп – 2, соединение групп последовательное

Механизм 2 класса.                                                                                                                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Кинематический анализ механизма

2.1 Определение скоростей указанных точек звеньев и

угловых скоростей звеньев  для нулевого положения

 

Порядок построения плана скоростей:

 

2.1.1 Найдем скорость в т. А, ведущего звена механизма, т.е. точки звена, закон движения которого задан. В данном случае это постоянное вращательное движение с частотой        об/мин:

        м/с;

2.1.2 Примем масштаб плана скоростей:

          ;

         Длина вектора  скорости в т. А будет:

          мм;

      1. Найдем скорость т. В, скорость т.В принадлежит звену 2,3. Рассмотрим звено2, тогда можно записать уравнение:

          ;  

   С другой стороны рассматривая  звено 3,следует что 

       ;

      ;        ;  

2.1.4 Найдем скорость в т. С  найдем на основании свойства подобия из пропорциональности отрезков

        

      ;  

      1. Найдем скорость в т. D :

              

      1. Найдем скорость в т.  D   из плана скоростей:

Так как звено 3 и 4 образуют вращательную кинематическую пару.    Следовательно :

          ;

      Найдем скорость в точки    D       

                                ;   

    

      1. Определим скорость в т.Е

Скорость найдем на основании  св-ва подобия пропорциональности отрезков

                           

     Из плана получим:     ;         ;         ;                                                              

 

   2.1.8 Найдем угловую скорость и звеньев 2 и 3:

               

                                         

                                          = = .

 

2.2 Определение скоростей указанных точек звеньев и

угловых скоростей  звеньев для девятого положения

 

Порядок построения плана  скоростей:

 

2.2.1  Найдем скорость в т. А ведущего звена механизма, т.е. точки звена, закон         движения которого задан. В данном случае это постоянное вращательное движение             с частотой        об/мин:

        м/с;

      1. Примем масштаб плана скоростей:

          ;

         Длина вектора  скорости в т. А будет:

          мм;

      1. Найдем скорость т. В :

          ;

       Из плана получим:

         

        

 

    2.2.4 Скорость  т. С определим из соотношения отрезков на основании подобия.

        

      

      1. Найдем скорость в т. D :

              

2.2.6  Найдем скорость в т. D и в т.  D из плана скоростей:

        || ;

   

   

=   ||

                                                                                                                                          

 

 

 

2.2.7 Найдем скорость т. :

                                               

 

2.2.8 Найдем угловую скорость и звеньев 2 и 3:

                   

                     

                                             = = ;

                                            

                                             =0.

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Определение линейных ускорений указанных точек и

угловых ускорений  звеньев для нулевого положения

 

      1. Найдем ускорение в т. А :

       т.к.  =const , то угловое ускорение  

      

      1. Примем масштаб плана ускорений

      

      1. Найдем ускорение в т. В :

Рассмотрим звено 2

                

                    || ;    ;

           С другой стороны рассматривая звено 3,следует что :

            

             =0  (т.к. точка К- неподвижное звено)

             

              || ;   

           Из плана найдем:

               

               

      1. Найдем ускорение в т. С :

        

      Из плана  найдем:

         

      1. Найдем ускорение в т. и :

      

     Ускорение точки

       ;             = = мм;

       

     Ускорение точки

          = ;          = = =101мм;

      

      1. Найдем ускорение т. из плана ускорений:

                

          =11,43мм;     =22,86 ;

                                                                                                                              

 

2.3.7 Найдем угловые ускорения

 

                                       

 

                                                                                                                                         

 

3 Силовой расчет  механизма

         Целью силового  расчета механизма является определение  усилий в звеньях механизма,  давление (реакции) в кинематических парах, величины уравновешивающего момента (силы) приложенного к ведущему звену.

      В результате силового  анализа можно определить коэффициент  полезного действия механизма, а также мощность, необходимую для его привода.

       Механизм содержит две структурные группы:

группа 2-3  [ ]

группа 4-5  [ ]

       Силы действующие  на механизм.

Вес звеньев:

              

           

             

    ;     

       Ускорение центров масс:

               

                         

       Силы тяжести и силы инерции приложены в центрах масс звеньев,

       т.е. в точках

       Силы инерции звеньев:

 

       Силы тяжести всегда направлены к центру земли, т.е. вертикально вниз.

       Силы инерции направлены противоположно ускорениям центров масс.

 

       Главные моменты сил инерции:

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1 Силовой расчет группы 4-5:

[

]

 

     Рис. 1

   К звеньям группы  приложены:

- сила производственного   сопротивления;

- сила инерции звена 5;

- сила тяжести звена 5;

- реакции во внешних кинематических  парах;

     Уравнение равновесия группы в форме сил имеет вид:

 

                                                                                      

 

                                                                                          

Строим план сил в  масштабе :

Из плана сил:

     

    

      


Для пятого звена:

                               

       

       

        

3.2 Силовой расчет группы 2-3

[

]

                                 Рис. 2

    К звеньям группы приложены:

-сила инерции звена 2;

-сила инерции звена 3;

-момент сил инерции звена  2;

-момент сил инерции 

                                  звена 3;

-сила тяжести звена 2;

-сила тяжести звена 3;

 

Уравнение равновесия группы в форме сил имеет вид:

                   


Найдем сумму моментов сил на звено 2 относительно точки  В:

                                    

Найдем сумму моментов сил на звено 3 относительно точки  В:

                   

Строим план сил в  масштабе

                                                                                                                                                                                                             

                                      

Реакцию во внутреннем шарнире  найдем из равновесия 2 звена:

           

Из плана сил находим:                                                                                                     

  

3.3 Силовой расчет начального механизма 1-0

   К кривошипу 1 приложены силы:

  - реакция в шарнире А;

- вес звена 1;

- сила инерции звена 1;

 

Пусть к кривошипу  приложен уравновешивающая сила

Уравнение равновесия запишется  в виде:

  


                                                                         

                            

                                   

Из плана сил найдем:     

                                                                                                              


                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

3.4 Силовой расчет механизма для нулевого положения

 

       Механизм  содержит две структурные группы :

группа 2-3  [ ]

группа 4-5  [ ]

       Силы  действующие на механизм

Вес звеньев:

              

           

             

    ;     

 Ускорение центров масс:

               

                         

       Силы тяжести и силы инерции приложены в центрах масс звеньев,

       т.е. в точках

Силы инерции звеньев:

 

        Силы тяжести всегда направлены к центру земли, т.е. вертикально вниз.

        Силы инерции направлены противоположно ускорениям центров масс.

 

Главные моменты сил  инерции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Силовой  расчет группы 4-5

[

]

Рис. 3

   К звеньям группы  приложены:

- сила производственного   сопротивления;

- сила инерции звена 5;

- сила тяжести звена 5;

- реакции во внешних кинематических  парах;

     Уравнение равновесия группы в форме сил имеет вид:

 

                                                                                      

 

                                                                                          

 

                                                                                      

Строим план сил в  масштабе :

Из плана сил:

     

    

      


 

Для пятого звена:

                               

       

       

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.6 Силовой  расчет группы 2-3

  [

]

 

    К звеньям  группы приложены:

-сила инерции звена 2;

-сила инерции звена 3;

-момент сил инерции звена  2;

-момент сил инерции 

                                  звена 3;

-сила тяжести звена 2;

-сила тяжести звена 3;

 

Уравнение равновесия группы в форме сил имеет вид:

      


Найдем сумму моментов сил на звено 2 относительно точки  В:

                             

Найдем сумму моментов сил на звено 3 относительно точки  В:

                   

Строим план сил в  масштабе

                                                                                                                                                                                                             

                                      

                                                                                                                                           

Реакцию во внутреннем шарнире  найдем из равновесия 2 звена:

                                                                                          

Из плана сил находим:                                                                                                     

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.7 Силовой расчет начального механизма 1-0

   К кривошипу 1 приложены силы:

  - реакция в шарнире А;

- вес звена 1;

- сила инерции звена 1;

 

Пусть к кривошипу  приложен уравновешивающая сила

Уравнение равновесия запишется  в виде:

  


                                                                         

                            

                                   

Из плана сил найдем:     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                          

 

 

 

4 Рычаг Жуковского Н.Е.

 

4.1 Рычаг Жуковского Н.Е. для девятого положения

 

                                                                  

                                                            

            

 

=

 

=

 

=

 

 

      Расхождение  в методах:

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                           

 

 

 

4.2 Рычаг Жуковского Н.Е. для нулевого положения

 

                                                                                    

                                                            

 

 

 

      Расхождение  в методах:

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                                                                                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                           

5 Определение КПД механизма

 

Коэффициент полезного  действия является показателем степени совершенства механизма.

Мгновенное значение КПД механизма определяется по формуле:

где  Вт – мощность, затраченная на преодоление полезного сопротивления, - суммарная мощность трения в кинематических парах.

 

                                ;

                                  ;

                                  ;

                                  ;

                                   ;

                                  ;

                                  ;

 

Мощности трения в  кинематических парах:

Вт;

 Вт;

 Вт;

 Вт;

 Вт;

 Вт;

 Вт;

 

 Вт;

 

     КПД равно 89%.

 

 

 

 

                                                                                                                          

Информация о работе Структурный, кинематический анализ и силовой расчет рычажного механизма