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
.5
ballov
.
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.
с/>одержание
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
П/>ровести 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
Kv
1,22
____
Частота вращения кривошипа ОА
n1
130
об/мин
Расстояние между осями О1О3
О1О3
1,08
м
Расстояние от оси пуансона до оси точки О3
-
0,48
м
Максимальная сила сопротивления пуансона
Р
730
Н
Масса кривошипа О1А
m1
3
кг
Масса кулисы 3
m3
15
кг
Масса пуансона 5
m5
6
кг
Моменты инерции кулисы 3
IS3
1,62
кг-м2
Моменты инерции кривошипа О1 А относительно О1
IO1
0,03
кг-м2
Коэффициент неравномерности движения
δ
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 О3S3= />
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 ИССЛЕДОВ
АНИЕ
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:
/>i
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 В0B1, 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; IOA — 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: VA3O3 = VA2 + VA2A3
г/>де vА3О3 — скорость точки А кулисы О3А;
VA2 — скорость точки А звена 2 во вращательное движении относительно точки О направлена параллельно оси звона ОАVA2 = 0;
\/A2A3 — 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 а3 пересечения этих линий дает конец вектора искомой скорости VA3.
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:
VB = V4+V4B, где VB — скорость точки В пуансона 5.
V4 — скорость точки 4 расположенной на звене 3 во вращательном движении относительно точки О3 направлена параллельно оси звена О3А;
V4B — 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 VB.
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
З/>начение скоростей точек кривошипно-ползунного механизма в м/с
и угловых скоростей шатунов в рад/с
Параметр
Номер положения механизма
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0
VB
=VS5
0,58
1,09
1,19
0,81
0
0,31
0,66
0,85
0,88
0,76
0,45
0
VBа4
0,08
0,07
0,03
0,09
0
0,05
0,07
0,04
0,02
0,07
0,06
0
vОА
1,2
2,09
2,26
1,62
0
0,69
1,63
2,18
2,28
1,91
1,11
0
VS3
0,79
1,46
1,6
1,1
0
0,4
0,88
1,15
1,19
1,02
0,63
0
V32а3
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
0,311
0,436
0,249
0,124
0,436
0,373
0
/>
1,22
2,26
2,47
1,7
0
0,62
1,37
1,76
1,83
1,57
0,96
0
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:
г/>де />— 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 Va3a2 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 ав— ускорение точки В, направлено вдоль оси АБ;
аВА — 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 аВА. Через конец вектора АВА 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 пвд |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.
Ч/>исленные 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.
1/>2. 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 Рmax = 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 Fu3 и момента от пары сил инерции Ми2 кулисы 3 одной результирующей силой Fu3, равной Fu3, по величине и направлению, но приложенной в точке Т3 звена 5. Для этого вычисляем плечо Н.
/>
2.3. Определение реакции в кинематических парах
П/>ервым 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 RG6.
Реакции F45 и RG6 определим построением силового многоугольника, решая векторное уравнение равновесия звеньев 4, 5:
G5+Rn6+Fui+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 RG6.
Вначале определяем величину реакции F23из суммы моментов всех сил, действующих на звено 3 относительно точки Оз:
/>
откуда:
/>
Реакцию RG6 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 Fy, направив ее предварительно в произвольную сторону перпендикулярно кривошипу ОА Вначале из уравнения моментов всех сил относительно точки О определяем Fy.
/>
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
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0,58
7,6
0,79
10,98
2
0
0
1,09
3,7
1,46
20,46
3
1
730
1,19
1,6
1,6
86,27
4
0,48
350,4
0,81
6,4
1,1
36,17
5
0
0
0
0
0
0
6
0
0
0,31
171,5
0,4
-5,62
7
0
0
0,66
173,7
0,88
-12,31
8
0
0
0,85
177,2
1,15
-16,1
9
0
0
0,88
178,8
1,19
-16,67
10
0
0
0,76
175
1,02
-14,28
11
0
0
0,45
171,2
0,63
-8,68
П/>о вычисленным значениям строим диаграмму />в масштабе μМ =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'… (8м—9м)" \\(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 1м—1° 2м—2°… 10"—10°… 12"—12°, 13"—13°, диаграммы />.
3/>.2. Построение диаграмм кинетической энергии, приведенного м
омента 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
/>
0
0
0
5,56
0,06
1
7,13
1
13,69
0,142
2
15,09
3,56
24,21
0,261
3
21,9
4,25
31,71
0,342
4
14,5
1,97
22,03
0,238
5
0
0
5,56
0,06
6
3,31
0,29
9,16
0,099
7
8,12
1,31
14,99
0,162
8
11,13
2,17
18,86
0,204
9
11,64
2,32
19,52
0,211
10
9,65
1,73
16,94
0,183
11
5,47
0,61
11,64
0,126
Строим диаграмму приведенного момента инерции />построенной в масштабе />
С/>троим диаграмму энергомасс, исключая параметр />из диаграмм />и />. Для этого строив прямоугольную систему координат />. Из начала координат проводим прямую под углом 45° к оси In. 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 ψтахи ψmin по формулам:
/>
/>
К диаграмме энергомасс />проводим две касательные под углами ψтахи ψmin. Эти касательные отсекут на оси ординат с отрезок KL, который определяет кинетическую энергию маховика в масштабе />. Вычисляем момент инерции маховика по формуле:
/>
Определяем диаметр маховика, его массу и ширину.
/>
С/>ПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Артоболевский И.И. Теория машин и механизмов. М.: Наука, 1975.
2. Безвесельный К.С. Вопросы и задачи по теории механизмов и машин. Киев: Вища школа, 1977.
3. Методические указания по изучению дисциплины и выполнению курсового проекта. Москва 1989г.
4. Юдин В.А., Петрокас Л.В. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1981.