Введение
Глубинный насос предназначен для выкачивания жидкости с низких горизонтов.
Действие глубинного насоса основано на преобразовании вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное движение ползуна с помощью шестизвенного шарнирно-рычажного механизма с противовесом. Матрацы ортопедические Trelax: натуральный матрас. Матрасы поролоновые 5 см.
Для обеспечения необходимой равномерности движения на валу электродвигателя закреплен маховик. Применение противовеса, расположенного на коромысле, позволяет значительно уменьшить его габариты.
Кулачковый механизм предназначен для управления клапанами.
1.Структурный анализ и синтез. Геометрический синтез. Кинематическое исследование основного механизма.
1.1Структурный анализ и синтез.
1.1.1Структура механизма.
1.1.2 Характер движения звеньев механизма.
Название звена
Вид движения
1-кривошип
Вращательное
2-шатун
Плоско-параллельное
3-коромысло
Возвратно-вращательное
4-шатун
Плоско-параллельное
5-ползун
Возвратно-поступательное
0-стойка
Неподвижна
1.1.3 Характер кинематических пар (КП).
Обозначение
О1
А
В
О3
С
D
E
Соединение звеньев
0-1
1-2
2-3
0-3
3-4
4-5
5-0
Класс
5
5
5
5
5
5
5
Вид
Вращ.
Вращ.
Вращ.
Вращ.
Вращ.
Вращ.
Поступ.
В данный механизм входят 7 низших кинематических пар.
1.1.4 Степень свободы механизма.
W=3n-2pН-2pВ, рН=7, n=5;
W=3*5-2*7=1;
W=1. Механизм имеет одну степень свободы.
1.1.5 Структурные группы Асура.
Группа 4-5
W=3n-2pH=3*2-2*3=0
Класс 2-ой,
порядок 2-ой
Группа 2-3
W=3n-2pH=3*2-3*2=0
Класс 2-ой,
порядок 2-ой
Начальное звено
W=3n-2p=3*1-2*1=1
Механизм
1-ого класса
1.1.6 Число избыточных связей
q=W-6n+5p5;
q=1-6*5+5*7=6;
q=6. Механизм имеет шесть избыточных связей.
1.1.7 Устранение избыточных связей.
Обозначение
О1
А
В
О3
С
D
E
Соединение звеньев
0-1
1-2
2-3
0-3
3-4
4-5
5-0
Класс
5
3
4
5
4
3
5
Вид
Вращ.
Сфер.
Цил.
Вращ.
Цил.
Сфер.
Поступ.
q=W-6n+5p5+4p4+3p3;
q=1-6*5+5*3+4*2+3*2=0;
q=0.
Общее количество кинематических пар: p5+p4+p3=3+2+2=7.
Схема механизма без избыточных связей:
Вывод: данный механизм является плоским шарнирно-рычажным механизмом 2-го класса. Имеет одну степень свободы и состоит из 2-х структурных групп и начального звена. Механизм предназначен для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное перемещение ползуна.
1.2 Геометрический синтез механизма (определение размеров звеньев по основным и дополнительным условиям синтеза).
При геометрическом синтезе схемы механизма производится определение размеров его звеньев при заданном движении выходного звена, которое является основным условием синтеза.
Эксплуатационные качества механизма определяются дополнительными условиями синтеза. К ним относятся, например, коэффициент изменения средней скорости, от которого зависит производительность, ограничение углов давления, определяющее условия передачи сил и связанное с КПД и отсутствием самоторможения и т.д.
Входными параметрами для синтеза шестизвенного шарнирно-рычажного механизма является длина кривошипа: LO1A=0.5 м .
Длина звена CO3 равна:LCO3= 4LO1A;
LCO3=4*0.5=2 м.
Длина звена EO3 равна:LEO3=5LO1A;
LEO3=5*0.5=2.5 м.
Длина звена BO3 равна:LBO3=2LO1A;
LBO3=2*0.5=1 м.
1.3 План положений механизма(графическое изображение схемы механизма в заданных положениях начального звена).
Для построения схемы механизма выберем масштабный коэффициент:
.
Задаем , тогда .
Находим размеры остальных звеньев:
1.4 Кинематический анализ механизма.
Угловая скорость кривошипа .
Скорость точки А всегда равна: . Задаемся длиной вектора =42мм и вычисляем масштаб построения планов скоростей: .
Из полюса проводим линию перпендикулярную О1А в направлении вращения кривошипа и откладываем на ней отрезок 42 мм. Для скорости точки В, принадлежащей звену АВ:
, где перпендикулярна АВ, а
перпендикулярна ВО3.
Скорость точки Е можно определить, используя свойство пропорциональности одноименных отрезков: , , где измеряется для каждого положения. Из полюса проводим направление перпендикулярно ЕО3 и откладываем .
Для скорости точки С свойство пропорциональности: , , где измеряется для каждого положения. Из полюса проводим направление перпендикулярно СО3 и откладываем .
Из полюса проводим направление параллельно оси Y и из конца проводим перпендикулярно оси Y, а точка ее пересечения с вертикалью соответствует в масштабе . Скорость центра масс находим, соединив полюс и середину . Скорость центра масс находим, соединив полюс и середину . Точки, скорости которых равны нулю, на планах скоростей находятся в полюсе .
Измеряемые отрезки
Длина
Положения механизма
0,12
1
2
3
4
5
6
6`
7
8
9
10
11
мм
0
6
30
41
43
35
16
5
14
37
45
37
27
0
12
60
82
86
70
32
10
28
74
90
74
54
0
9
54
80
89
69
29
7
24
72
88
70
51
0
15
75
102,5
107,5
87,5
40
12,5
35
92,5
112,5
92,5
67,5
0
24
56
41
42
37
27
22
21
71
44
71
29
0
10
36
81
88
70
30
8
25
38
88
38
54
0
38
17
2
10
21
36
40
47
22
12
22
42
0
7
28
18
4
20
14
4
14
18
3
18
23
Величины скоростей
Скорость
Положение механизма
0,12
1
2
3
4
5
6
6`
7
8
9
10
11
м/с
0
0,6
3
4,1
4,3
3,5
1,6
0,5
1,4
3,7
4,5
3,7
2,7
0
1,2
6
8,2
8,6
7
3,2
1
2,8
7,4
9
7,4
5,4
0
0,9
5,4
8
8,9
6,9
2,9
0,7
2,4
7,2
8,8
7
5,1
0
1,5
7,5
10,25
10,75
8,75
4
1,25
3,5
9,25
11,25
9,25
6,75
0
2,4
5,6
4,1
4,2
3,7
2,7
2,2
2,1
3,4
4,4
7,1
2,9
0
1
3,6
8,1
8,8
7
3
0,8
2,5
7,3
8,8
3,8
5,4
0
3,8
1,7
0,2
1
2,1
3,6
4
4,7
3,8
1,2
2,2
4,2
0
0,7
2,8
1,8
0,4
2
1,4
0,4
1,4
1,9
0,3
1,8
2,3
с-1
0
1,9
0,85
0,1
0,5
1,05
1,8
2
2,35
1,9
0,6
1,1
2,1
0
0,6
3
4,1
4,3
3,5
1,6
0,5
1,4
3,7
4,5
3,7
2,7
0
0,35
1,4
0,9
0,2
1
0,7
0,2
0,7
0,95
0,15
0,9
1,15
2.Анализ движения машинного агрегата и расчет маховика
Цель: определение истинного закона движения начального звена и расчет маховика.
2.1. Построение динамической модели машины
Для упрощения решения задачи реальную схему машины с одной степенью свободы с недеформируемыми звеньями и начальным звеном, совершающим вращательное движение (кривошип) является одномассовая система, обладающая некоторой условной массой, кинетическая энергия которой в любом положении звена приведенная равна кинетической энергии всего механизма: Tn=Jn1/2=Ti , и нагруженной фиктивным моментом, мощность которого равна сумме мощностей, развиваемых всеми силами, действующими в механизме: Nn=Mn1=Ni .
Здесь обозначено: Jn – момент инерции приведенной массы относительно оси вращения; Mn – приведенный момент всех внешних сил Mn= Mnс- Mnд ; Mnд – приведенный момент движущих сил, Нм; Mnс – приведенный момент сил сопротивления, Нм.
Массы звеньев: : m2=20 кг, m4=20 кг;
m5=450кг, mE=600 кг.
Моменты инерции звеньев: : IS1=0,1 кгм2, IS2=IS3=IS4=6,67 кгм2.
Сила тяжести G=mg: G2=200 Н, G4=200 Н, G5=4500 H, GE=6000 H.
Сила сопротивления: при подъёме: Р5=6000 Н;
при опускании: P5=2000 Н.
Приведение сил:
Положение
механизма
1
2
3
4
5
6
6`
7
8
9
10
11
0,12
, H
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
-21,4
128,8
-97
-98,5
-74,7
-30,2
-5,5
27,2
77
104
167,8
67,3
0
22,9
68,5
-186,3
-209,4
-164,6
-69,3
18,8
56,9
172,1
209,4
90,4
121,6
0
482,1
-2893
-4286
-4768
-3696
-1554
375
1286
3857
4714
3750
2732
0
-888
4815
7317
7674
6008
2590
-781
-2207
-6411
-7797
-6411
-4438
0
-643
-3857
-5714
-6357
-4928
-2071
-1667
-571
-1714
-2095
-1667
-1214
0
, град
248
15
186
170
148
118
96
57
18
6
7
13
0
, град
16
37
195
178
171
166
351
343
352
359
358
341
0
, град
0
180
180
180
180
180
0
0
0
0
0
0
0
, град
214
26
13
358
344
335
151
152
166
177
194
203
0
, Нм
-1047
-1737
-2966
-2582
-2856
-1135
-559
-1408
-4018
-4865
-4069
-2731
0
, мм
22,5
35,7
61
63
58,7
23,3
11,5
29
82,6
100
83,6
48,7
0
Приведение масс:
Положение
механизма
1
2
3
4
5
6
6`
7
8
9
10
11
0
1,6
8,9
4,8
5
3,9
2,1
1,4
1,2
3,3
5,5
14,3
2,4
0
0.3
3,7
18,6
21,9
13,89
2,6
0,2
1,8
15,1
22
4,09
8,3
0
5,2
186
408,3
505,2
303,64
53,7
3,1
36,7
331
494
313
166
0
19,1
478
839,4
983
651
136
13,3
104
727
1076
727
387
0
0,34
0,007
0,001
0,024
0,104
0,306
0.378
0,52
0,34
0,034
0,11
0,42
0
0,03
0,85
1,59
1,75
1,16
0,24
0,02
0,19
1,29
1,91
1,29
0,69
0
0,01
0,2
0,08
0,004
0,094
0,05
0,004
0,05
0,09
0,002
0,08
0,125
0
, кгм2
26,7
678
1326
1516
974
195
19
1445
1078
1599
1060
565
19
, мм
2
42,4
83
95
61
12,2
1,5
9
67,4
100
66,3
35,3
1,5
2.2 Уравнение движения машины
В интегральной форме: Tk-T0=Aд-Ас
, где - обобщенная координата; Jn0, 0 – приведенный момент инерции и угловая скорость звена приведения при =0.
2.3. Решение уравнения движения
Определить (1). Графический метод Виттенбауэра.
2.3.1. Построение графика приведенного момента сил сопротивления
/Mnmax/=4865 Hм , задаем ymax=100 мм, тогда .
Находим остальные у: .
Задаем l=140 мм и Н=60 мм, тогда .
2.3.2. Построение графика приведенного момента инерции
Jnmax=1599 кгм2 , задаем ymax=100 мм, тогда
Находим остальные у: .
2.3.3. Построение графика работ сил сопротивления
Строится графическим интегрированием графика Мnc, для чего криволинейную фигуру заменяем равновеликими прямоугольниками.
2.3.4. Построение графика работ движущих сил: Ад=Аi .
2.3.5.Построение графика движущего момента: Мnд=уn*=50*48,65=2432,5.
2.3.6. Построение графика избыточных работ: .
2.3.7. Построение диаграммы Виттенбауэра.
2.3.8. Расчет маховика
Маховик служит для уменьшения неравномерности движения. .
Коэффициент неравномерности движения
Под этими углами к диаграмме Виттенбауэра проводим касательные - сверху и - снизу.
ok=6 мм; kl=365 мм.
Определяем момент инерции маховика: .
. Задаемся b=0,1 м, тогда Д=;
2.3.9. Определение угловой скорости начального звена
Начальное значение кинетической энергии: ;
.
Изменение кинетической энергии во всех положениях ; определяем значение угловой скорости .
Задаемся , тогда .
Положение
механизма
0,12
1
2
3
4
5
6
6`
7
8
9
10
11
, мм
0
7
9
8
6
4
5
11
17
15
6
0
-3
,Дж
215,8
216,8
217
216,9
216,6
216,4
216,5
217,3
218
217,8
216,6
215,9
215,5
,кгм2
5440
5448
6099
6748
6938
6394
5616
5440
5566
6500
7021
6481
5987
, c-1
8,9
8,9
8,4
8
7,9
8,2
8,8
8,9
8,85
8,2
7,85
8,2
8,5
, мм
44,5
44,6
42,2
40
39,5
41
43,9
44,6
44,3
41
39,3
41
42,4
Проверка:
3.Силовой расчет основного механизма
Цель силового расчета: определение реакций в кинематических парах и уравновешивающего момента.
3.1.Выбор положения
Выбираем одно из положений рабочего хода. Приложим все действующие силы.
3.2. Силовой расчет
Вращение звена 1 является равномерным, поэтому ускорение точки А равно: , .
Выбираем масштабный коэффициент плана ускорений: , тогда .
Запишем векторное уравнение для построения плана ускорений:
, где || BO3; BO3;
|| O1A; || AB; || AB.
Вычислим модули и , и соответствующие им отрезки на плане ускорений:
, ; .
, ; .
Согласно свойству плана ускорений:
, , ;
, , .
, где -вертикально; || CD; CD.
Находим линейные ускорения точек:
; ;
; ;
; ;
; ;
.
Угловые ускорения звеньев 2, 3 и 4 равны:
; ;.
3.3. Определение сил и моментов сил инерции
Силы инерции звеньев: , :
;
;
;
;
.
Моменты сил инерции звеньев: , :
;
;
;
.
3.4. Силовой расчет ведомой группы (группа 4-5)
Сила сопротивления:. Принимаем ,
тогда .
Уравнение моментов сил относительно точки D:
, отсюда: ;
.
;
;
.
3.5. Силовой расчет промежуточной группы (группа 2-3)
Сила инерции . Принимаем .
Уравнение моментов сил относительно точки B: :
, отсюда:
;
;
,отсюда ;
.
3.6. Силовой расчет начального звена ;
; ; ; .
4.Синтез кулачкового механизма
Цель синтеза: построение профиля кулачка по заданному закону движения толкателя.
4.1. Исходные данные
1) тип кулачкового механизма: с коромысловым толкателем;
2) направление вращение кулачка: по часовой стрелки;
3) максимальное перемещение толкателя: ;
4) Законы движения толкателя:
фаза подъема: синусоидный;
фаза опускания: постоянный.
Фазовые углы:
фаза подъема: 120°;
фаза верхнего выстоя: 40°;
фаза опускания: 120°;
фаза нижнего выстоя: 80°;
5) допустимый угол давления: 30°;
6) длина коромыслового толкателя: 130 мм.
4.2. Синтез кулачкового механизма
Расстояние между осями кулачка и коромысла: 168.2 мм.
Начальный радиус центрального профиля кулачка: 59.94 мм.
Радиус ролика 15 мм.
Закон движения толкателя
0
20
40
60
80
100
120
160
180
200
220
240
260
280
0
1.93
13.1
33.5
53.9
65.07
67
67
63.28
52.11
33.5
14.89
3.72
0
4.3. Построение профиля кулачка
Метод инверсий – мысленно всему кулачковому механизму сообщается угловая скорость равная по величине, но противоположная по направлению угловой скорости кулачка. Кулачок представляется остановленным, а толкатель будет участвовать в двух движениях: переносном и относительном.
4.4. Построение графика углов давления
Измеряем углы давления между нормалью к профилю и осью толкателя и строим график углов давления в масштабах:
0
20
40
60
80
100
120
160
180
200
220
240
260
200
30
8
12
27
22
10
5
4
7
16
31
33
42
33
5. Синтез планетарного механизма
Цель: Подбор чисел зубьев колес и числа сателлитов. Главное условие синтеза выполнение требуемого передаточного отношения.
5.1. Определение
; ;
; .
5.2. Выбор чисел зубьев колес
.
Задаем z3=17;
z4 определяем из условия соосности: ; ;
;
5.3. Выбор числа сателлитов и проверка условий
Задаем число сателлитов =3.
Проверка геометрических условий:
; ; ;
46,4>36.
5.4. Определяем размеры колес
; ; ; .
Чертим схему механизма в двух проекциях в масштабе: .
5.5. План скоростей
; ;
. .
5.6. Диаграмма угловых скоростей
; .
Библиографический список
1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М. Наука,1975г.
2. Попов С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механики машин. М. Высшая школа, 1986г.
3. Кореняко А.С. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. Киев. Вища школа, 1970г.
4. Фролов К.В. Теория механизмов и машин. М. Высшая школа, 1987г.