Теория машин и механизмов 3

Библиотека 5баллов.ru

Соглашение об использовании

Материалы данного файла могут быть использованы без ограничений для написания собственных работ с целью последующей сдачи в учебных заведениях.

Во всех остальных случаях полное или частичное воспроизведение, размножение или распространение материалов данного файла допускается только с письменного разрешения администрации проекта www.5ballov.ru.

 РосБизнесКонсалтинг

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова»

Кафедра «Ремонт машин»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету «Теория машин и механизмов»

Выполнил студент второго курса

специальности «Технология обслуживания

и ремонта машин в АПК»

шифр ТУ – 04 – 30

Борисов Г. В.

Научный руководитель:

Уржумцев И.П.

Пермь 2005г.

содержание

Задание ………………………………………………………………..……….3

1. Синтез, структурное и кинематическое исследование рычажного механизма двигателя …………......................................................................4

1.1 .Проектирование кривошипно-ползунного механизма...........................5

1.2. Структурное исследование рычажного механизма............................5

1.3. Построение схемы механизма...............................................................5

1.4. Построение планов скоростей механизма........................................5

1.5. Построение планов ускорений механизма..........................................7

1.6. Построение годографа скорости центра масс кулисы 3 и кинематических диаграмм точки В пуансона 5............................................................………….9

2. Силовой расчет рычажного механизма........................................... .11

2.1. Определение сил сопротивления пуансона 5... .....................….11

2.2. Определение сил тяжести и инерции звеньев. .........................11

2.3. Определение реакции в кинематических парах ............................12

2.4. Силовой расчет входного звена ......................................................13

2.5. Определение уравновешивающей силы по методу Н.Е. Жуковского......................................................................................................…...13

3. Расчет маховика ....................................................................................14

3.1. Построение диаграмм моментов и работ движущих сил, сил полезного сопротивления, приращения кинетической энергии машины .....................................................................................................................14

3.2. Построение диаграмм кинетической энергии приведенного момента инерции звеньев механизма и энергомасс. Определение момента инерции маховика..........................................…..................................................16

Список литературы.....................................................................................18

задание

Провести проектирование, структурное, кинематическое, силовое и динамическое исследования механизмов прошивного пресса. Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1.' Исходные данные для проектирования и исследования механизма

Наименование параметра

Обозначение параметра

Величина

Единица измерения

Коэффициента изменения средней скорости кулисы 3

K_v

1,22

____

Частота вращения кривошипа ОА

n₁

130

об/мин

Расстояние между осями О₁ О₃

О₁ О₃

1,08

Расстояние от оси пуансона до оси точки О₃

0,48

Максимальная сила сопротивления пуансона

730

Масса кривошипа О₁ А

m₁

кг

Масса кулисы 3

m₃

кг

Масса пуансона 5

m₅

кг

Моменты инерции кулисы 3

I_S3

1,62

кг-м²

Моменты инерции кривошипа О₁ А относительно О₁

I_O1

0,03

кг-м²

Коэффициент неравномерности движения

1/18

За начало отсчета в построениях и расчетах принимаем положение механизма при котором пуансон 5 находится в начальном положении, а кривошип ОА перпендикулярен кулисе 3.

Центры масс звеньев 1 и 3 находятся в точках S₁ и S₃. Координата центра масс звена 3 находится из условия О₃ S₃ =

Так как массы звеньев 2 и 4 в десятки раз меньше массы звена 3, то в силовом и динамическом расчетах ими пренебрегаем.

Приведенный момент сил полезного сопротивления произвести с учетом сил тяжести звеньев 3 и 5.

1. СИНТЕЗ, СТРУКТУРНОЕ И КИНЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ

1.1. Проектирование кривошипно-ползунного механизма

Определяем длины кривошипа ОА

Угол между крайними положениями кулисы 3 находим по формуле:

Длину кулисы 3 находим по построению.

1.2. Структурное исследование рычажного механизма

Для определения степеней свободы плоских механизмов применяем формулу П. Л. Чебышева:

Для нашего механизма имеем:

Произведем разбиение механизма на простейшие структурные формы. Произведем расчленение механизма на группы Асура. Механизм состоит из:

- одной группы Ассура II класса, 2-го вида (звенья 4-5);

- одной группы Ассура II класса, 3-го вида (звенья 2-3);

- одного механизма I класса состоящего из входного звена 1 и стойки 6.

1.3. Построение схемы механизма

Построение проводим в масштабе длин [м/мм]. Длина кривошипа на чертеже ОА=83,7 мм. Тогда масштаб длин определяем по формуле:

Вычерчиваем кинематическую схему механизма. Для построения 12 положений звеньев механизма разделив траекторию описываемую точкой А кривошипа ОА на 12 частей. Из точки О₃ проводим линии длиной равной длине звена 3 через отмеченные на окружности точек А₀, А₁, ... А₁₁, затем намечаем линию движения пуансона 5 точки В₀ B₁, B₂ ...В₁₁.

1.4. Построение планов скоростей механизма

Планом скоростей механизма называют чертеж, на котором изображены в виде отрезков векторы, равные по модулю и по направлению скоростям различных точек звеньев механизма в данный момент

Определим скорость точки А звена ОА:

где - угловая скорость кривошипа ОА, С¹; I_OA- длина кривошипа ОА, м

Построение плана скоростей начинаем от входного звена, т. е. кривошипа ОА. Из точки р, откладываем в направлении вращения кривошипа ОА вектор скорости точки А: ра=85,2 мм.

Масштаб плана скоростей находим по формуле:

Построение плана скоростей группы Ассура II класса 3-го вида (звенья 2 и 3) производим по уравнению: V_A₃_O₃= V_A₂ + V_A₂_A₃

где v_А3О3 - скорость точки А кулисы О₃А;

V_A2 - скорость точки А звена 2 во вращательное движении относительно точки О направлена параллельно оси звона ОАV_A₂ = 0;

\/_A₂_A₃ - скорость точки А кулисы 3, направлена вдоль оси О₃А.

Из точки а проводим линию, параллельную оси звена О₃А, а из полюса р плана скоростей - линию, перпендикулярную ocи O₃A. Точка а₃пересечения этих линий дает конец вектора искомой скорости V_A₃.

Скорости центра тяжести кулисы S₃ и звена 4 определяем по правилу подобия. Найденные точки S₃ и 4 соединяем с полюсом р.

Построение плана скоростей группы Ассура II класса 2-го вида (звенья 4 и 5) производим по уравнению:

V_B = V₄+V₄_B, где V_B - скорость точки В пуансона 5.

V₄ - скорость точки 4 расположенной на звене 3 во вращательном движении относительно точки О₃ направлена параллельно оси звена О₃А;

V₄_B - скорость звена 4В, направлена перпендикулярно оси 4В.

Из точки 4 проводим линию, перпендикулярно оси звена 4В, а из полюса р плана скоростей - линию, перпендикулярную оси 4В. Точка b пересечения этих линий дает конец вектора искомой скорости V_B.

Истинное значение скорости каждой точки находим по формулам:

Определяем угловую скорость кулисы АО₃ для 12 положений по формуле и сводим полученные данные в таблицу 2.

Таблица 2

Значение скоростей точек кривошипно-ползунного механизма в м/с

и угловых скоростей шатунов в рад/с

Параметр

Номер положения механизма

V_B

=V_S5

0,58

1,09

1,19

0,81

0,31

0,66

0,85

0,88

0,76

0,45

V_B_а4

0,08

0,07

0,03

0,09

0,05

0,07

0,04

0,02

0,07

0,06

v_ОА

1,2

2,09

2,26

1,62

0,69

1,63

2,18

2,28

1,91

1,11

V_S3

0,79

1,46

1,6

1,1

0,4

0,88

1,15

1,19

1,02

0,63

V₃_2а3

1,97

0,97

0,42

1,63

2,3

2,19

1,62

0,71

0,31

1,28

2,01

2,3

0,498

0,436

0,187

0,56

0,311

0,436

0,249

0,124

0,436

0,373

1,22

2,26

2,47

1,7

0,62

1,37

1,76

1,83

1,57

0,96

1.5. Построение планов ускорений механизма

Планом ускорений механизма называют чертеж, на котором изображены в виде отрезков векторы, равные по модулю и по направлению ускорениям различных точек звеньев механизма в данный момент, называют планом ускорений механизма.

Построение плана ускорений по следующей схеме: Так как кривошип ОА вращается с постоянной угловой скоростью, то точка А звена ОА будет иметь только нормальное ускорение, величина которого равна

Определяем масштаб плана ускорений

где = 61,9 мм — длина отрезка, изображающего на плане ускорений вектор нормального ускорения точки А кривошипа ОА

Из произвольной точки п — полюса плана ускорений проводим вектор па параллельно звену ОА от точки А к точке О.

Построение плана скоростей ускорений группы Ассура II класса 3-го вида (2-3 звено) проводим согласно уравнений:

где — кариолиосово ускорение;

— нормальное ускорение точки А₃ кулисы 3 в ее вращательном движении относительно точки О₃;

— относительное ускорение поступательного движения

кулисы 3 относительно камня А₂;

— тангенциальное ускорение точки А₃ кулисы 3 в ее

вращательном движении относительно точки О₃;

Для определения направления кариолисова ускорения необходимо вектор относительной скорости V_a₃_a₂ повернуть на 90° в направлении угловой скорости кулисы 3.

Найдем величины ускорений и

Построение плана ускорений группы Ассура II класса 2-го вида ( звено 4-5) проводим согласно уравнению:

где а_в— ускорение точки В, направлено вдоль оси АБ;

а_ВА - нормальное ускорение точки В при вращении его вокруг точки А, направлено вдоль оси звена АВ от точки В к точке А.

— касательное ускорение точки В при вращении его вокруг точки А (величина неизвестна) направлено перпендикулярно к оси звена В₀В₅

Из точки 4 вектора плана ускорений проводим прямую, параллельную оси звена ВА, и откладываем на ней в направлении от точки В к точке А отрезок а_ВА. Через конец вектора А_ВА проводим прямую, перпендикулярную к оси звена ВА произвольной длины. Из полюса проводим прямую, параллельную оси В₀В₅. Точка b пересечения этих прямых определит концы векторов ab и . Складывая векторы п_вд |i tba. получаем полное ускорение звена АВ, для этого соединяем точки 4 и b прямой. Точки центра тяжести элементов на плане ускорений находим по правилу подобия, пользуясь соотношением отрезков.

Численные значения ускорений всех точек механизма, а также касательные ускорения для седьмого положения механизма найдем по формулам:

1.6. Построение годографа скорости центра масс кулисы 3 и кинематических диаграмм точки В пуансона 5

Для построения годографа скорости переносим векторы pS₃ параллельно самим себе своими началами в одну точку p, называемую полюсом. Соединяем концы векторов плавной кривой.

Для построения диаграммы перемещения точки В пуансона откладываем по оси абсцисс отрезок длиной 288 мм, изображающий период Т одного оборота кривошипа, и делим его на 12 равных частей. От точек 1, 2... ...11 схемы положений механизма откладываем ординаты 1—1, 2—2..., 11—11, соответственно равные расстояниям В₀—В₁, В₀—В₂... В₀— В₁₂,-проходимые точкой В от начала

отсчета.

Вычисляем масштабы диаграммы перемещения:

Диаграмма скорости точки В строится графическим дифференцированием графика перемещения по методу хорд. Криволинейные yучастки графика перемещения точки В заменяем прямыми 0—1, 1—2... 11 – 12.

12. Под графиком перемещения проводим прямоугольные оси V и t. K оси t выбираем полюсное расстояние К=36 мм. Из полюса проводим наклонные прямые параллельные хордам 0—1, 1—2 .. .11—12. Из середины интервалов 0—1, 1—2 ... 11—12 проводим перпендикуляры к оси t (штриховые линии). Из точек 1, 2... 12 проводим прямые, параллельные оси t. Точки пересечения соединяем плавной кривой.

Масштаб диаграммы скорости вычисляем по формуле:

Диаграмма ускорения точки В строится графическиm дифференцированием диаграммы скоростей. Все построения аналогичны ранее описанным при графическом дифференцировании диаграммы перемещения.

Масштаб диаграммы ускорения равен:

2. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА

2.1. Определение сил сопротивления пуансона 5

На листе 2 построен план механизма для 4-го положения в масштабе 0,002 м/мм. В данном положении механизм совершает рабочий ход. Сила сопротивления пуансона 5 равна 0,48 от Р_max = 350,4 Н.

2.2. Определение сил тяжести и инерции звеньев

Произведем подсчет угловых скоростей и угловых ускорений звеньев механизма для седьмого положения:

Определение сил тяжести звеньев:

Определим силы инерции звеньев:

Производим замену силы инерции F_u₃ и момента от пары сил инерции М_и2 кулисы 3 одной результирующей силой F_u₃, равной F_u₃, по величине и направлению, но приложенной в точке Т₃ звена 5. Для этого вычисляем плечо Н.

2.3. Определение реакции в кинематических парах

Первым этапом будет определение реакций в звеньях 4, 5.

Приложим к этим звеньям все известные силы. Действие звена 4 и стойки 6 заменяем неизвестными F₄s и R_G₆.

Реакции F₄₅ и R_G₆ определим построением силового многоугольника, решая векторное уравнение равновесия звеньев 4, 5:

G₅+R_n6+F_ui+F₄₅+P = Q

По построению получаем:

Определяем реакцию R₃4 во внутренней паре со стороны звена 4 на кулису 3:

Вторым этапом будет определение реакций в звеньях 3, 2 и стойки 6.

Приложим к этим звеньям все известные силы. Действие звена 2 и стойки 6 заменяем неизвестными F₂₃ и R_G₆.

Вначале определяем величину реакции F₂₃из суммы моментов всех сил, действующих на звено 3 относительно точки Оз:

откуда:

Реакцию R_G₆ определим построением силового многоугольника, решая векторное уравнение равновесия звеньев 2, 3 и 6:

По построению получаем:

2.4. Силовой расчет входного звена

Прикладываем к звену 1 в точке А силу R₁₂, а также пока еще не известную уравновешивающую силу F_y, направив ее предварительно в произвольную сторону перпендикулярно кривошипу ОА Вначале из уравнения моментов всех сил относительно точки О определяем F_y.

откуда

В шарнире О со стороны стойки 6 на звено 1 действует реакция R₆-i, которую определяем построением многоугольника сил согласно векторному уравнению:

2.5. Определение уравновешивающей силы по методу Н.Е.

Жуковского

Строим для выбранного положения в произвольном масштабе повернутый на 90° план скоростей. В одноименные точки плана переносим все внешние силы (без масштаба), действующие на звенья механизма. Составляем уравнение моментов всех сил относительно полюса р плана скоростей, беря плечи сил по чертежу в мм.

Расхождение результатов определения уравновешивающей методом Жуковского и методом планов сил равно:

3. расчет маховика

3.1. Построение диаграмм моментов и работ движущих сил, сил полезного сопротивления, приращения кинетической энергии машины

Определим приведенный момент сил сопротивления, для всех положений механизма

где Р₅ — силы сопротивления пуансона 5 определяем по диаграмме приведенной в силовом расчете в зависимости от пути и мах силы сопротивления;

G - силы тяжести звеньев 3 и 5

— скорости точки приложения силы Р₅ и G;

= 13,61 рад/с — угловая скорость входного звона; — угол между векторами Р₅ (G) и v;

Угол а и си на такте холостого хода равны 180°, а на рабочем ходу равны 0°.

Таблица 3

Расчетная таблица определения приведенного момента сил сопротивления

№ положения

Сила сопротивления Р₃/Рмах

Сила сопротивления Р₅, Н

0,58

7,6

0,79

10,98

1,09

3,7

1,46

20,46

730

1,19

1,6

86,27

0,48

350,4

0,81

6,4

1,1

36,17

0,31

171,5

0,4

-5,62

0,66

173,7

0,88

-12,31

0,85

177,2

1,15

-16,1

0,88

178,8

1,19

-16,67

0,76

175

1,02

-14,28

0,45

171,2

0,63

-8,68

По вычисленным значениям строим диаграмму в масштабе μ_М =0,5 Н-м/мм. Методом графического интегрирования строим диаграмму работ сил движущих. Для этого выбираем полюсное расстояние Н=30 мм Через середины интервалов 0—1, 1—2 ... ... 23—24 проводим перпендикуляры к оси абсцисс (штриховые линии).

Точки пересечения этих перпендикуляров с диаграммой

проецируем на ось ординат и соединяем найденные точки 1', 2'... 6' и т. д. с полюсом р (точки 1', 2 , 3', 4', 5' слились в одну). Из начала координат диаграммы проводим прямую, параллельную лучу р—1', получаем точку 1". Из точки 1" проводим прямую 1"—2", параллельную лучу р—2'... (8^м—9^м)" \\(р—9') и т. д. Масштаб диаграммы работ определяем по формуле:

где

Так как то диаграмма работ есть прямая линия.
Кроме того, при установившемся движении за цикл, работа движущих
сил равна работе всех сопротивлений. На основании вышеизложенного
соединяем начало координат О диаграммы A(φ) с точкой 24" прямой линией, которая и является диаграммой . Если графически про
дифференцировать эту диаграмму, то получим прямую, параллельную
оси абсцисс. Эта прямая является диаграммой приведенных моментов
сил полезного сопротивления .

Для построения диаграммы приращения кинетической энергии машины следует вычесть алгебраически из ординат диаграммы
ординаты диаграммы т.е. ординаты 1—1*, 2—2*, ..., 10—10* ... 12—12*, 13—13* и т. д. Диаграммы равны соответственно ординатам 1^м—1° 2^м—2° .. 10"—10°... 12"—12°, 13"—13°, диаграммы .

3.2. Построение диаграмм кинетической энергии, приведенного момента инерции звеньев механизма и энергомасс. Определение момента инерции маховика

Кинетическая энергия механизма равна сумме кинетических энергий его звеньев, т. е. Т = Т₁+ Т₃+ Т₅ |

где Т₁ = — величина постоянная во
всех положениях механизма;

Дж — кинетическая энергия кулисы 3;

— кинетическая энергия пуансона 5.

Приведенный момент инерции звеньев механизма вычисляем по формуле и полученные результаты сводим результаты в табл. 4.

Таблица 4

Значения кинетической энергии и приведенного момента инерции звеньев механизма

Положение

Т₃, Дж

Т₅,Дж

Т,Дж

5,56

0,06

7,13

13,69

0,142

15,09

3,56

24,21

0,261

21,9

4,25

31,71

0,342

14,5

1,97

22,03

0,238

5,56

0,06

3,31

0,29

9,16

0,099

8,12

1,31

14,99

0,162

11,13

2,17

18,86

0,204

11,64

2,32

19,52

0,211

9,65

1,73

16,94

0,183

5,47

0,61

11,64

0,126

Строим диаграмму приведенного момента инерции построенной в масштабе

Строим диаграмму энергомасс, исключая параметр из диаграмм и . Для этого строив прямоугольную систему координат . Из начала координат проводим прямую под углом 45° к оси I_n. Точки 1¹, 2', 3'... 23' диаграммы проецируем на эту прямую и далее до пересечения с прямыми, проведенными из точек 1*, 2*, 3*... 23* диаграммы . Соединяем точки пересечения О, 1, 2 ... 23 плавной кривой. По заданному коэффициенту неравномерности движения δ и средней угловой скорости определяем углы ψ_тахи ψ_min по формулам:

К диаграмме энергомасс проводим две касательные под углами ψ_тахи ψ_min . Эти касательные отсекут на оси ординат с отрезок KL, который определяет кинетическую энергию маховика в масштабе . Вычисляем момент инерции маховика по формуле: