Синтез и анализ машинного агрегата (инерционный конвейер)

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Теория механизмов и машин»

ЗАДАНИЕ на курсовой проект по теории механизмов и машин студента.

1. Тема курсового проекта – «Синтез и анализ машинного агрегата (инерционный конвейер)».

2. Исходные данные по проекту – задание 01, вариант 03, положение механизма 4.

Аннотация

Синтез и анализ машинного агрегата(инерционный конвейер): Курсовой проект по теории механизмов и машин библиография литературы – 4 наименования, 2 листа чертежей ф. А1

В проекте проведен структурный и кинематический анализ (построен план положений, план скоростей, план ускорений рычажного механизма и проведен силовой расчет), а так же расчет маховика по заданному коэффициенту неравномерности (построены графики приведенных моментов инерции, графики работ и изменения энергии, диаграмма энергомасс, а также определены момент инерции маховика и его размеры).

Решение перечисленных задач позволило построить рычажный механизм и маховик машинного агрегата, как итог выполнения курсового проекта.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СИНТЕЗ И АНАЛИЗ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА 6

1.1 Исходные данные 6

1.2 Построение планов положений 6

1.3 Структурный анализ 7

1.4 Синтез и анализ механизма на ЭВМ 8

1.5 Кинематический анализ методом планов 9

1.5.1 Построение плана скоростей 9

1.5.2 Построение плана ускорений 12

1.6 Силовой расчет 15

1.6.1 Определение инерционных факторов 15

1.6.2 Силовой расчет группы Ассура II2(4,5) 16

1.6.3 Силовой расчет труппы Ассура II1(2,3) 17

1.6.4 Силовой расчет механизма I класса 18

1.7 Сравнение результатов графоаналитического и «машинного» расчетов 19

2. Расчёт маховика 21

2.1 Определение приведённых факторов 21

2.2 Построение диаграмм 21

2.3 Определение момента инерции маховика и его размеров 23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24

ЛИТЕРАТУРА 25

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №3437, цена оригинала 500 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

Введение

Теория механизмов и машин (ТММ) является основой проектирования работоспособных технических объектов. Основные задачи ТММ – анализ механизмов с заданными параметрами и проектирование механизмов (определение его параметров), удовлетворяющих заданным требованиям. Результаты решения задач ТММ являются исходными данными для более детального проектирования объектов методами деталей машин, сопротивления материалов и специальных дисциплин.

Объектом данного курсового проекта является машинный агрегат, структурная схема которого приведена на рис. 1.

Задача курсового проекта состоит в определении параметров, кине¬матических и силовых характеристик механизмов машинного агрегата, а также расчета маховика.

Рис. 1.1 Структурная схема машинного агрегата

Проектируемый машинный агрегат работает следующим образом.

Инерционный конвейер предназначен для перемещения материала (сыпучего или штучного) в горизонтальном направлении слева направо. Материал подается специальным питателем на лоток, жестко соединенный с ползуном 5. Лоток приводится в движение с помощью привода, состоящего из электродвигателя, планетарного редуктора (на рисунке не показаны) и шестизвенного кривошипно-коромыслового механизма (кривошип 1, два шатуна 2 и 4, коромысло 3). Смазку механизмов конвейера обеспечивает масляный насос на основе кулачкового механизма, имеющий привод от того же электродвигателя через пару зубчатых колес (см. рис. 1.1).

Особенность привода конвейера заключается в обеспечении возвратно-поступательного движения рабочего органа (ползун 5) с несимметричным законом изменения ускорения. В результате этого сила инерции материала при движении лотка вправо меньше силы трения покоя материала о лоток, и материал вместе с лотком перемещается вправо (рабочий ход). Перемещение лотка в обратном направлении (справа налево) происходит с большей скоростью, чем слева направо, и сила трения покоя материала о лоток становится меньше силы инерции, действующей на материал. Поэтому во время обратного хода движения лоток как бы «выдергивается» из-под материала, перемещающегося налево на меньшую величину, чем длина лотка, в результате чего происходит постепенное перемещение груза в горизонтальном направлении слева направо. Силы сопротивления в таком механизме при обратном ходе (справа налево) больше, чем при прямом, из-за возникающей дополнительной силы трения скольжения материала о лоток. Сила сопротивления Q всегда противоположна скорости движения ползуна 5.

1. Синтез и анализ рычажного механизма

1.1 Исходные данные

Кинематическая схема заданного механизма приведена на рисунке 2, где механизм изображен в крайних и заданном положениях (соответственно тонкие и толстые линии). Геометрические размеры и другие заданные постоянные параметры приведены в таблице 1.1. Согласно рекомендациям в заданиях вес звена 5 принят .

Рис. 1.2 Кинематическая схема рычажного механизма

Таблица 1.1

Заданные параметры механизма

LО1А м LАВ м LО3В м LCD X03 м Y03 м Y05 м n1 Qmax H

0,25 1,50 0,85 0,40 1,30 0,15 0,85 65 2600 0,15

1.2 Построение планов положений

Для построения планов положений механизма принимается масштаб:

,

где — масштабный коэффициент, ;

— заданная длина звена , ;

— длина отрезка АВ на чертеже, .

Заданные размеры механизма в принятом масштабе изображаются чертежными размерами ,определяемыми по выражению:

. (1.1)

Чертежные размеры механизма, определены по формуле (1.1), приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Чертежные размеры звеньев механизма

X03 Y03 Y05

25 150 85 40 130 15 85

Используя найденные чертежные размеры, на листе 1 проекта построены крайние и заданное положения механизма.

1.3 Структурный анализ4

Структурная схема механизма приведена на рис. 1.2, где подвижные звенья обозначены арабскими цифрами (1 – кривошип, 2 и 4 – шатуны, 3 – коромысло, 5 – ползун).

Поскольку механизм плоский, его степень подвиж¬ности W, определяется по формуле П.П. Чебышева:

, (1.2)

где n=5 — количество подвижных звеньев;

p1=7- количество одноподвижных пар;

p2=0- количество двухподвижных пар.

Механизму необходимо одно начальное звено для полной определен¬ности его движения. В качестве начального примято звено 1, закон его движения — вращение с частотой .

Структурно в состав механизма входят (рис 3):

механизм 1-го класса (рис.3, а);

группа Асура 2-го класса 1-го вида (рис.3, б);

группа Асура 2-го класса 2-го вида (рис.3, в)

а) б) в)

Рис. 1.3. Структурные элементы механизма

Таким образом, формула строения механизма имеет вид (1.3).

(1.3)

Поскольку наивысший класс групп Ассура, входящих в состав механизма, второй, то и механизм в целом относится ко второму классу.

1.4 Синтез и анализ механизма на ЭВМ

Для расчета механизма на ЭВМ подготовлена таблица исходных дач¬ных (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Исходные данные для расчета механизма на ЭВМ

Обозначение в программе Обозначение в механизме Численные значения

NG1 II1(2,3) 1

NG2 II2(4,5) 2

PS1 Параметр сборки II1(2,3) 1

PS2 Параметр сборки II2(4,5) 1

L1 L01A 0,25

L2 LAB 1,50

L3 L03B 0,85

L4 LСD 0,40

L03 L03C 1,0625

X03 Xоз 1,30

Y03 -Y03 -0,15

X05 0 0

Y05 Y05 0,85

D1N XO1A

-148

D03 0 0

D5 0 0

N1 -n1 -65

G5 0,5Qmax 1300

Q1-Q7 Qmax 2600

Q8-Q12 1,2Qmax 3120

По результатам расчетов на ЭВМ получена распечатка (табл. 1.4), расшифровка обозначений которой и сравнение с результатами «ручного» счета приведено ниже (п. 1.7). Строка «Положение цен¬тров масс» таблицы «Параметры звеньев» распечатки необходима для дальнейших расчетов и построений.

Таблица 1.4

АНАЛИЗ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА

Исходные данные:

NG1 NG2 PS1 PS2 L1 L2 L3 L4 L03 X03

1 2 1 1 0.25 1.50 0.85 0.40 1.0625 1.30

Y03 X05 Y05 D1N D03 D5 N1 G5 Q1 Q2

-0.15 0 0.85 -148 0 0 -65 1300 2600 2600

Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12

2600 2600 2600 2600 2600 3120 3120 3120 3120 3120

Результаты расчета.

Параметры звеньев:

Номер звена 1 2 3 4 5

Вес G,н 100.000 300.000 212.500 80.000 1300.000

Момент инерции Is,кгм2 0.319 12.015 4.270 0.228 0.000

Положение центра масс LS,м 0.000 0.500 0.354 0.133 0.000

Положение 4, угол кривошипа 122.0 град.

Задача скоростей:

V1,м/с V2,м/с V3,м/с V5,м/с VS2,м/с VS3,м/с VS4,м/с

1.70 1.74 2.18 2.17 1.66 0.73 2.18

B1,град B2,град B3,град В5,град BS2,град BS3,град BS4,град

32.03 0.96 0.97 0.00 21.62 0.97 0.62

O2,р/с O3,р/с O4,р/с

-0.62 -2.05 -0.09

Задача ускорений:

A1,м/с A2,м/с A3,м/с A5,м/с AS2,м/с AS3,м/с AS4,м/с

11.58 4.88 6.09 4.91 9.32 2.03 5.33

G1,град G2,град G3,град G5,град GS2,град GS3,град GS4,град

-57.97 -46.21 -46.21 0.00 -55.93 -46.21 -33.40

E2,р/с E3,р/с E4,р/с

4.57 -3.90 11.13

Реакции в кинематических парах:

R01,Н R12,Н R23,Н R03,Н R34,Н R45,Н R05,Н Mур,Нм

4536.45 4503.59 4331.91 1852.50 3322.10 3294.95 1839.79 -1095.07

F01,град F12,град F23,град F03,град F34,град F45,град F05,град

19.79 18.59 18.46 -115.30 -8.37 -9.43 90.00

Максимальные реакции:

Реакция R01 R12 R23 R03 R34 R45 R05

Модуль, Н 11438.6 11478.1 11242.1 6235.6 6379.8 6195.0 1839.8

Угол, град. -156.9 -156.5 -154.0 55.2 -179.3 -178.2 90.0

Положение 8 8 8 8 8 8 4

Приведенные факторы:

Положение 1 2 3 4 5 6

7 8 9 10 11 12

MQпр,нм -43.1 -390.9 -674.8 -857.7 -868.3 -631.6

-164.3 -469.7 -1162.5 -1230.4 -869.4 -445.8

Iпр,кгм2 1.50 4.06 10.40 17.21 18.98 11.88

2.60 5.55 23.72 26.33 13.87 4.49

1.5 Кинематический анализ методом планов

Поскольку одним из свойств групп Ассура является их кинематическая определимость, то кинематический анализ проводится последовательно по группам Ассура, причем порядок их рассмотрения совпадает с на¬правлением стрелок в формуле строения (1.3).

1.5.1 Построение планов скоростей

Механизм I класса (звено 1).

Угловая скорость кривошипа , определяется по формуле:

,

где — частота вращения кривошипа, об/мин.

Вектор скорости точки A перпендикулярен звену 1 и направлен в соот¬ветствии с направлением .

Модуль скорости :

,

где LO1A=0.25- длина кривошипа О1А м.

VA=6,80•0.25= 1,7м\с.

На плане скоростей этот вектор изображается отрезком pa=100 мм. Тогда масштаб плана скоростей :

,

.

Группа Ассура II1(2,3).

Внешними точками группы являются точки A и O3, внутренней – точка B. Составляется система векторных уравнений, связывающих скорость внутренней точки со скоростями внешних точек:

Для этого на плане скоростей из точки p проводится прямая перпендикулярно звену ВО3, а из точки a на эту прямую опускается перпендикуляр. Точка пересечения будет являться точкой b. Далее замеряются длины найденных отрезков:

pvb=102,5 мм,

ab=54 мм.

Затем определяются модули скоростей:

VB=(pvb)•KV=102,5•0.017=1,74 м\с,

VBA=(ab)•KV=54•0.017=0,92 м\с

Скорости точек С, S2 и S3 находятся с помощью теоремы подобия. Составляется пропорция, связывающая чертежные размеры звена 2 (AB,) с отрезками плана скоростей:

,

откуда определяется длина неизвестного отрезка

,

мм.

Этот отрезок откладывается на отрезке ab плана скоростей. Точка S2 является концом вектора , начала всех векторов – в полюсе p. Отрезок ps2=97,5 (определено замером) изображает вектор .

Модуль вектора:

VS2=PVS2•KV=97,5•0.017=1,66 м\с.

Скорость точки С определяются аналогично:

,

,

.

PVS3=

PVS3= =43 мм

VS3=( PVS3)•KV=43•0.017=0,73 м\с

Определяются величины угловых скоростей звеньев 2 и 3:

,

, .

Для определения направления ω2 отрезок ab плана скоростей устанавливается в точку B, а точка A закрепляется неподвижно; тогда становится, очевидно, что ω2 направлена по часовой стрелке. Для определения направления отрезок pb плана скоростей устанавливается в точку B, точка неподвижна, поэтому направлена по часовой стрелке.

Группа Ассура II2(4,5)

Внешними точками группы являются точки C и D0 (точка D0 принадлежит стойке, внутренней точка D, принадлежащая звеньям 4 и 5 (в дальнейшем обозначается без индексов)).

По принадлежности точки D звену 5 вектор ее скорости известен по направлению: . Поэтому для построения плана скоростей для данной группы Ассура достаточного одного векторного уравнения:

;

Из точки p на плане скоростей проводится прямая параллельно оси N, а из точки c опускается перпендикуляр на данную прямую. Точка пересечения прямой и перпендикуляра является точкой d. Замеряется длина отрезка pd и cd:

pd=127,5 мм, dc=2 мм.

Модули скоростей:

VD=PVd•KV=127,5•0.017=2,17 м\c

VDC=dc•KV=2•0.017= 0,034м\c

Скорость точки S4 определяется по принадлежности звену 4 аналогично определению скорости точки S2 по теореме подобия:

,

cs4=dc• =2• =0,66 мм

Этот отрезок откладывается на отрезке cd плана скоростей. Точка S4 является концом вектора VS4, начала всех векторов – в полюсе p. Отрезок ps4=128 мм (определено замером) изображает вектор VS4.

Модуль вектора:

VS4=PVS4•KV=128•0.017=2,18 м\c

Величина угловой скорости звена 4 определяется аналогично предыдущему:

, .

Для определения направления ω4 отрезок cd плана скоростей устанавливается в точку D, а точка C закрепляется неподвижно; тогда становится, очевидно, что ω4 направлена по часовой стрелке.

Таблица 1.5

Результаты найденных линейных скоростей механизма.

Скорость VA VB VC VD VS2 VS3 VS4

Модуль 1,7 1,74 2,18 2,17 1,66 0,73 2,18

1.5.2 Построение плана ускорений

Механизм I класса (звено 1)

Точка A кривошипа 1 совершает вращательное движение вокруг O1, поэтому ее ускорение есть сумма нормального и тангенциального уско¬рений:

.

Поскольку принято , следовательно, угловое ускорение то

.

Модуль ускорения:

.

На плане ускорений этот вектор изображается отрезком πa=115,5 мм, направленным от к . Масштаб плана ускорений :

.

Группа Ассура II1(2,3)

Составляется система векторных уравнений, связывающих ускорение внутренней точки B с ускорениями внешних точек A и O3:

.

В этой системе ускорение (точка неподвижна), а модули нормальных ускорений:

На плане ускорений векторы и изображаются отрезками:

В результате данных построений определяются длины отрезков:

,

,

,

Далее определяются модули ускорений:

Ускорение точки S2 определяется с помощью теоремы подобия, на основании которой составляется пропорция, связывающая чертежные длины звена 2 с отрезками плана скоростей:

,

откуда определяется длина неизвестного отрезка:

Этот отрезок откладывается на отрезке ab плана ускорений. Соединением полюса π с точкой S2 получается отрезок πs2 =93 мм (определено замером).

Модуль ускорения точки S2:

aS2=(πs2)•Ka=93•0.1=9,3 м\с2

Ускорение точки С определяются аналогично:

откуда определяется длина неизвестного отрезка:

Этот отрезок откладывается на плане ускорений.

Модуль ускорения точки С:

aC=(πc) •KA=60,5•0,1=6,05 м\с2

Ускорение точки S3 определяется с помощью теоремы подобия, на основании которой составляется пропорция, связывающая чертежные длины звена 3 с отрезками плана скоростей:

,

откуда определяется длина неизвестного отрезка:

Модуль ускорения точки S3:

aS3=(πs3)•Ka=20•0.1=2 м\с2

Определяются величины угловых ускорений звеньев 2 и 3:

Для определения направления ε2 отрезок плана ускорений устанавливается в точку В, а точка А закрепляется неподвижно; тогда становится, очевидно, что ε2 направлена противо часовой стрелки.

Для определения направления ε3 отрезок плана ускорений устанавливается в точку В, а точка О3 закреплена неподвижно; тогда становится, очевидно, что ε3 направлена по часовой стрелке.

Группа Ассура II2(4,5)

По принадлежности точки D звену 5 вектор её ускорения известен по направлению: aD параллельно направляющей N-N. Поэтому для построения плана ускорений для данной группы достаточно одного векторного уравнения:

В этом уравнении модуль нормального ускорения

на плане это ускорение изображается отрезком

В связи с малым значением, величина на плане не указана

В результате построения плана ускорений определяются отрезки πd=49 мм, nDC=44мм и dc=44 и определяются модули ускорений:

aD=( πd) •KA=49•0,1= 4,9 м/с2

aτDC=(nDCd) •KA=44•0,1= 4,4 м/с2

aDC=dc•KA=44•0,1= 4,4 м/с2

Ускорение точки S4 находится по теореме подобия:

откуда определяется длина неизвестного отрезка:

Этот отрезок откладываем на отрезке cd плана ускорений. Соединяем полюс с точкой S4 получается отрезок πs4 =53 мм (определено замером).

Модуль ускорения точки S4

aS4=(πs) •Kа=53•0,1= 5,3 м/с2

Величина углового ускорения звена 4

Для определения направления ε4 отрезок nDCd плана ускорений устанавливается в точку D, а точка С закрепляется неподвижно; тогда становится, очевидно, что ε4 направлена по часовой стрелке.

Поскольку звено 5 совершает поступательное движение, то ε5=0

Таблица 1.6

Результаты найденных линейных ускорений

Ускорение aA aB aC aD aS2 aS3 aS4

Модуль 11,56 4,85 6,05 4,9 9,3 2 5,3

1.6 Силовой расчет

1.6.1 Определение инерционных факторов

Инерционные силовые факторы – это силы инерции звеньев и моменты сил инерции .

Модуль силы инерции звеньев определяется по формуле:

;

где — вес звена i, H;

,

,

,

,

Модуль момента сил инерции , определяется по формуле:

,

где — осевой момент инерции звена i, .

,

,

,

Силовой расчет проводится в последовательности, противоположной направлению стрелок в формуле строения (1.3).

Таблица 1.7

Определение инерционных силовых факторов механизма

Звено (i) 1 2 3 4 5

,Н

100.000 300.000 212.500 80.000 1300.000

,кг/

0.319 12.015 4.270 0.228 0.000

,

0 9,3 2 5,3 4,9

,

0 4,57 3,88 11 0

0 284,69 43,37 43,26 650

0 54,9 16,57 2,51 0

1.6.2 Силовой расчет группы Ассура II2(4,5)

На листе 1 проекта построена схема нагружения группы в масштабе .

Силовой расчет группы состоит из трех этапов.

1. Составляется векторная сумма моментов сил, действующих на звено 4,относительно шарнира D:

где hG4=52,5мм, hин4=22мм — чертежные плечи сил и , определяемые замером на схеме нагружения группы. Из уравнения имеем:

,

Т. к. >0, то ее действительное направление соответствует предварительно выбранному.

2. Составляется векторная сумма сил, действующих на группу:

Для построения плана сил по этому уравнению принимается масштаб KP =17Н/мм. Определяются длины отрезков (табл.1.8)

Таблица 1.8

Длины отрезков, изображающих известные и неизвестные силы

Си2ла

Длина мм 2 2,5 4,5 38 153 76,5

В результате построения плана сил находятся длины отрезков (замером) и определяются модули реакций:

.

Составляется векторная сумма сил действующих на звено 5:

По этому уравнению достраивается план сил группы и определяется модуль неизвестной реакции:

4. Для определения точки приложения реакции R05 в общем случае следует составить сумму моментов сил, действующих на звено 5, относительно шарнира D. Однако в рассматриваемом механизме в этом нет необходимости: силы, действующие на звено 5, образуют сходящуюся систему, поэтому линия действия реакции R05 проходит через шарнир D.

1.6.3 Силовой расчет группы Ассура II1(2,3)

На листе 1 проекта построена схема нагружения группы в масштабе .

Силовой расчет состоит из трех этапов.

1. Составляется векторная сумма моментов сил действующих на звено 2, относительно шарнира B:

,

где hG2=94,5мм, hи2=96,5мм – чертёжные плечи сил G2 и Ри2, определяемые замером на схеме нагружения группы.

Из уравнения имеем:

Н

Т. к. R12τ > 0, то её действительное направление совпадает с первоначально выбранным.

2.Составляется сумма моментов, сил действующих на звено 3, относительно шарнира В:

,

где =1мм, , hи3=33,5 мм откуда

3. Составляется векторная сумма сил действующих на группу:

Для построения плана сил по этому уравнению принимается масштаб КP =20Н/мм. Определяются длины отрезков (табл.1.9).

Таблица 1.9

Длины отрезков, изображающих известные и неизвестные силы

Сила

Длина мм 41 166 2 10,5 14 15 4,5

В результате построения плана сил находятся длины отрезков (замером) и определяются модули реакций:

,

.

4.Составляется векторная сумма сил действующих на звено 3:

По этому уравнению достраивается план сил группы и определяется отрезок и модуль неизвестной реакции:

1.6.4 Силовой расчет механизма I класса

На листе 1 проекта построена схема нагружения начального звена в масштабе . Его силовой расчет состоит из двух этапов.

1. Составляется векторная сумма моментов действующих на звено относительно шарнира :

,

откуда

,

где — чертежный размер плеча силы .

2. Составляется векторная сумма сил, действующих на звено 1:

.

По этому уравнению на листе 1 проекта строится план сил в масштабе

Модуль искомой реакции:

.

Таблица 1.10

Длины отрезков, изображающих известные и неизвестные силы

Сила

Длина мм 2 86

На этом силовой расчет механизма завершен.

1.7 Сравнение результатов графоаналитического и «машинного» расчетов

В распечатке результатов расчета на ЭВМ (в дальнейшем называемого «машинный») приняты обозначения, которым соответствуют параметры механизма приведенные в табл. (1.11).

Таблица 1.11

Соответствие обозначений распечатки и обозначений механизма

V1 V2 V3 V5 VS2 VS3 VS4 BI O2 O3 O4

VA, м/с VB, м/с VC, м/с VD, м/с VS3, м/с VS3, м/с VS4, м/с βi,○ ω2,1/c ω3,1/c ω4,1/c

A1 A2 A3 A5 AS2 AS3 AS4 GI E2 E3 E4

aA, м/c2 aB, м/c2 aC, м/c2 aD, м/c2 aS2, м/c2 aS3, м/c2 aS4, м/c2 γi,○ ε2, 1/c2 ε3, 1/c2 ε4, 1/c2

RO1 R12 R23 RO3 R34 R45 RO5 FIJ MУР

RO1, H R12, H R23, H RO3, H R34, H R45, H RO5, H φiJ,○ Mур, Нм

В таблице 1.11:

— угол между вектором скорости и осью ,

— угол между вектором ускорения и осью ,

Сравнение результатов графоаналитического и «машинного» расчетов приведено в

таблице 1.12, где приняты следующие обозначения:

— обозначение параметра,

— величина параметра по результатам графоаналитического расчета,

— величина параметра по результатам «машинного» расчета,

— относительное расхождение результатов, определяемое по выражению:

.

Таблица 1.12

Сравнение результатов графоаналитического и «машинного» расчётов.

Задача скоростей

П, м/с VA VB VC VD VS2 VS3 VS4 ώ2 ώ3 ώ4

Пга 1,7 1,74 2,18 2,17 1,66 0,73 2,18 0,61 2,05 0,09

Пм 1.70 1.74 2.18 2.17 1.66 0.73 2.18 -0.62 -2.05 -0.09

Δ,% 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

Задача ускорений

П, м/с2 aA aB aC aD aS2 aS3 aS4 ε2 ε3 ε4

Пга 11,56 4,85 6,05 4,9 9,3 2 5,3 4,57 3,88 11

Пм 11.58 4.88 6.09 4.91 9.32 2.03 5.33 4.57 -3.90 11.13

Δ,% 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1

Силовой расчет

П, Н R01 R12 R23 R03 R34 R45 R05

Пга 4325 4480 4310 1780 3315 3289,5 1827,5

Пм 4536.45 4503.59 4331.91 1852.50 3322.10 3294.95 1839.79

Δ,% 0 1 0 1 0 0 0

2. Расчет маховика

Расчёт маховика, снижающего колебания скорости до заданного уровня δ, является частным случаем второй задачи динамики.

Расчёт проводим графоаналитическим методом на основе использования диаграммы энергомасс в следующей последовательности:

1. Определяем приведённые силовые факторы;

2. Строим графики функций положения механизма и диаграмму энергомасс.

3. Используя результаты построений, рассчитываем параметры маховика.

2.1. Определение приведенных факторов.

1). Записываем выражение Jпр для исследуемого механизма:

,

где , ( — вес звена i )

2). Используя результаты кинематического анализа, рассчитываем Jпр для исследуемого положения механизма:

3). Записываем выражение МпрQ для исследуемого механизма:

4). ). Используя результаты кинематического анализа, расчитываем MпрQ для исследуемого положения механизма:

2.2.Построение диаграмм.

1). Выбираем схему динамической модели с распределёнными параметрами. За звено приведения выбираем кривошип:

ω1 – угловая скорость звена приведения;

Jпр – приведённый момент инерции звена Приведения;

MпрQ; Мпрр – приведённые моменты сил движущих и сопротивления.

2). По результатам расчётов на ЭВМ для 12 положений механизма строим в выбранном масштабе график Jпр (φ) за цикл периодически установившегося движения:

;

3). По результатам расчётов на ЭВМ для 12 положений механизма строим в выбранном масштабе график МпрQ (φ) за цикл движения:

;

а) График MпрQ делим на последовательные участки (не менее 12);

б) Полученные криволинейные трапеции заменяем равновеликими по площади прямоугольниками, высоты которых сносим на ось абсцисс 2,3,4…;

в) Полюс интегрирования F соединяем с точками 2,3… , получим углы ;

г) Из начала графика работ А, проводим прямую под углом ,получаем точку ’, из точки 2’ проводим прямую под углом -получаем точку 3’, из которой проводим прямую под углом ,получая точку 4’ и так далее;

д) Соединив полученные точки 2’, 3’, 4’ и т.д., получаем работу сил сопротивления за цикл движения и график работы внутри цикла

Масштаб графика работ:

КА=КЕ=Н•Кφ•КМ =90•0,035•12=37,8Дж/мм

4).Методом графического интегрирования графика МпрQ (пункты а-д) строим график изменения работы приведённого момента сил сопротивления АпрQ (φ) и работу сил сопротивления за полный цикл АцQ (φ).

Масштаб графика работ А (φ) и изменения кинетической энергии ∆Е(φ) рассчитываем как:

КА=КЕ=Н•Кφ•КМ =90•0,035•12=37,8Дж/мм

5). График работ движущих сил АпрР (φ) строится из условия равенства нулю изменения кинетической энергии ∆ЕЦ=АЦР+АЦQ=0 за полный цикл периодически установившегося режима работы.

Учитывая принятое допущение МпрР=const и равенство АЦQ = — А ЦР, соединяем прямой начало и конец графика АпрQ (φ) и получаем график работ сил движущих — А ЦР(φ), построенный в отрицательной области.

6). Строим истинное положение графика сил движущих АпрР (φ) в положительной области.

7).График приведённого момента сил движущих МпрР строим методом графического дифференцирования графика АпрР (φ): из полюса интегрирования F проводим прямую под углом β, которая отсечёт на оси абсцисс отрезок, определяющий в масштабе МпрР.

8). Диаграмма изменения кинетической энергии ∆Е(φ) внутри цикла строится как алгебраическая сумма работ сил движущих АiР и сопротивления АiQ для каждого исследуемого положения механизма :

9). Диаграмму энергомасс ∆Е(Jпр) строим методом графического исключения параметра φ из графиков ∆Е(φ) и Jпр(φ).

2). По результатам расчётов на ЭВМ для 12 положений механизма строим в выбранном масштабе график Jпр (φ) за цикл периодически установившегося движения

2.3. Определение момента инерции маховика и его размеров.

1. По исходным данным (коэффициенту неравномерности δ и угловой скорости звена приведения ω) рассчитываем углы соответствующие экстремальным значениям скорости звена приведения:

;

2. Под найденными углами проводим касательные к диаграмме энергомасс соответственно сверху и снизу.

3. Замеряем в мм отрезок ab:

ab=24мм.

4. Рассчитываем требуемую величину момента инерции маховика JM, снижающего колебания скорости системы до заданного уровня δ:

; .

5. Рассчитываем геометрические размеры маховика:

;

h=0,2 Dср=0,2

b=0,1 Dср=0,1

7. По найденным значениям строим эскиз маховика на листе 2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследования механизма были получены данные, исходя из которых, можно сделать следующие выводы:

1. Данный механизм преобразует вращательное движение кривошипа в поступательное движение ползуна с ускоренным обратным ходом и в ходе структурного анализа была определена степень его подвижности.

2. С помощью плана скоростей и ускорений были определены величины и направления линейных скоростей и ускорений точек, угловых скоростей и ускорений звеньев. В данном механизме не допускаются большие изменения скорости рабочего звена, так как от этого зависит стойкость режущего инструмента. В дальнейших расчетах план скоростей использовался для определения приведенного момента сопротивления, а план ускорений – для определения приведенного момента инерции звена приведения, а также для нахождения сил инерции звеньев.

3. С помощью силового анализа были определены внешние неизвестные силы, действующие на звенья механизма, а также силы взаимодействия звеньев в местах их соприкосновения, т.е. реакции в кинематических парах

4. С помощью динамического анализа механизма были построены графики изменения приведенного момента инерции, графики работ и изменения энергии, диаграмма энергомасс, а также определены основные размеры и вес маховика. При расчетах вследствие установки маховика на тихоходном валу, габариты и момент инерции его получились большими. Однако при этом валопровод на участке от маховика до двигателя передает момент, уменьшенный и выровненный действием маховика, следовательно, напряжения, возникающие от неравномерности машины, будут соответственно снижены.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.С. Кореняко и др., Курсовое проектирование по теории механизмов и машин, издательство «Машгиз», Киев, 1960г.

2. В.И. Побжелко и др., Курсовое проектирование по теории механизмов и машин – часть1, издательство ЮУрГУ, Челябинск, 2003г.

3. Н.И. Ахметшин и др., Учебное пособие к курсовому проекту по теории механизмов и машин, издательство ЧПИ, Челябинск, 1984г.

4. И.И. Артоболевский, Теория механизмов и машин, издательство «Наука», Москва, 1974г.