Введение
Курсовой проект по прикладной механике является самостоятельной работой студента, завершающей изучение этой дисциплины. В процессе разработки проекта применены усвоенные основные положения и выводы теории механизмов и машин для решения следующих задач проектирования механизмов глубинного насоса:
1) структурный и кинематический анализ рычажного механизма;
2) силовой расчет рычажного механизма;
3) синтез зубчатого механизма.
В соответствии с этими задачами графическая часть курсового проекта состоит из трех листов чертежей формата А1, наименования которых совпадают с формулировками приведенных пунктов, а текстовая часть проекта состоит из пояснительной записки.
В данном курсовом проекте был исследован рычажный механизм глубинного насоса. Этот механизм является шестизвенным. Ведущим звеном является кривошип ОА. Кривошип получает вращательное движение за счет работы сложного зубчатого механизма, состоящего из одноступенчатого планетарного редуктора и рядовой цилиндрической зубчатой передачи. Зубчатый механизм приводится в движение электродвигателем и предназначен для понижения частоты вращения двигателя до заданной по варианту частоты вращения кривошипа рычажного механизма. Кривошип ОА через шатун АВ, коромысло FD и шатун DE приводит в движение поршень Е, совершающий возвратно-поступательное движение вдоль направляющей (скважины) и качает жидкость. Ось цилиндра скважины расположена вертикально.
1 Нормативные ссылки
В процессе выполнения курсового проекта использованы ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ Р 1.5-2002 ГСС РФ. Стандарты. Общие требования к построению, изложению, оформлению, содержанию и обозначению
ГОСТ 2.104-68 ЕСКД. Основные надписи
ГОСТ 2.105-68. Общие требования к текстовым документам
ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы
ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы
ГОСТ 7.1-2003 СИБИД. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления
СТП КубГТУ 4.2.6-2004 СМК. Учебно-организационная деятельность Курсовое проектирование.
ГОСТ 2.770-68 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики.
ГОСТ 16530-83 ЕСКД. Передачи зубчатые. Общие требования, определения и обозначения.
ГОСТ 16532-70 ЕСКД. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления.
2 Структурный анализ механизма
Механизм – искусственно созданная система тел, предназначенная для передачи и преобразования движения одного или нескольких твёрдых тел в требуемое движение других твёрдых тел.
Кривошип – звено, совершающее полнооборотное вращение вокруг неподвижной оси.
Коромысло – звено, совершающее качательное движение относительно неподвижной оси.
Шатун – звено, которое образует кинематические пары только с подвижными звеньями.
Ползун – звено, совершающее возвратно-поступательное движение.
Стойка (направляющая) – неподвижное звено.
Основные задачи структурного анализа механизма включают в себя:
1) определение количества звеньев, кинематических пар и их класса;
2) определение количества степеней свободы механизма в зависимости от числа подвижных звеньев, числа и класса кинематических пар;
3) разделение механизма на структурные группы и определение их класса.
Схема рычажного механизма глубинного насоса приведена на рисунке 3.
1
- кривошип 2
- шатун 3
- коромысло 4
– трос (шатун) 5
- поршень 6
– стойка (направляющая)
Рисунок 1 – Кинематическая схема
Рисунок 3 – Кинематическая схема рычажного механизма
Число степеней свободы кинематической цепи W относительно одного из ее звеньев называют степенью ее подвижности. Для определения степени подвижности любой кинематической цепи необходимо подсчитать число степеней свободы всех подвижных звеньев (n), полагая их не связанными между собой. Затем из этого числа следует вычесть число связей, наложенных на звенья кинематическими парами. Кинематические пары 4-го (р4) и 5-го (р5) классов накладывают соответственно одну и две связи.
Структурная формула Чебышева для определения числа степеней свободы плоского механизма имеет вид
,
(2.1)
где n – число подвижных звеньев;
p5 и p4 – число кинематических пар 5 и 4 классов соответственно.
При анализе структуры механизма рекомендуется:
а) определить W механизма и выбрать начальное звено;
б) отсоединить структурные группы нулевой подвижности, начиная с групп, наиболее отдаленных от начальных звеньев;
в) следить за тем, чтобы степень подвижности кинематической цепи механизма до и после отделения структурной группы осталась неизменной;
г) помнить о том, что каждая кинематическая пара и каждое звено могут входить только в одну структурную группу или в один начальный механизм.
Структурная группа или группа Ассура – кинематическая цепь, получающая нулевую подвижность после присоединения ее к стойке.
Для групп, содержащих пары только 5-го класса, имеем
.
(2.2)
Анализ структуры рычажного механизма показал, что механизм шестизвенный, подвижных звеньев 5, кинематические пары 4 класса p4 отсутствуют, кинематических пар 5 класса p5=7. Кинематические пары O, A, B, C, D, E’ - вращательные (ВКП), кинематическая пара Е – поступательная (ПКП).
Для заданного рычажного механизма число степеней свободы механизма определяем по формуле Чебышева:
=
.
Так как W = 1, то механизм имеет одно ведущее звено. Ведущим звеном является кривошип ОА.
Отсоединяем от механизма структурные группы Ассура начиная с самой удаленной от начального звена и определяем их число степеней свободы.
Для диады №1 (звенья 4 и 5) число степеней свободы определяем по формуле (2.1):
=
.
При этом число степеней свободы оставшегося механизма не изменилось.
= .
Для диады №2 (звенья 2 и 3) число степеней свободы определяем по формуле (2.1):
=
.
Число степеней свободы группы начальных звеньев (ГНЗ) определяем по формуле (2.1):
=
.
Степень подвижности начального механизма 1-го класса (звенья 1 и 6) осталась неизменной.
Поскольку класс механизма соответствует наивысшему классу группы, входящей в его состав, то заданный рычажный механизм будет относиться к механизмам 2-го класса [1].
Рисунок 4 – Структурные группы рычажного механизма