Курсовое проектирование по теории механизмов и механике систем машин

Рис. 6.4. Определение истинного закона движения ведущего звена

Взяв разность тангенсов, получим

Иногда (при больших значениях углов ψmax и ψmin) касательные в пределах чертежа не пересекают ось ординат Т, но пересекают ось абсцисс в точках D и Е. Тогда, измерив отрезки О1D и О1Е, отрезок АВ

можно вычислить следующим образом. Из рис. 6.4 О1А = О1D·tg ψmax,

O1B = O1ED·tg ψmin, откуда AB = O1B – O1A = O1ED·tg ψmin – О1D·tg ψmax.

181

6.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ МАХОВИКА

После определения момента инерции маховика Jм переходят к выбору его основных размеров. Обычно маховик рассматривается как массивное кольцо среднего диаметра D, в котором сосредоточено примерно 0,9 массы маховика. При этом условии момент инерции маховика

= GD2 JM 4g ,

где G – вес маховика; D – средний диаметр обода маховика; g – ускорение силы тяжести.

Произведение GD2 называется маховым моментом и является основным параметром, характеризующим маховик.

Поскольку в выражение махового момента входят две неизвестные величины G и D, то одной из них задаются, а другую находят. Обычно задаются из конструктивных соображений диаметром маховика, а находят его вес.

Из соотношения GD2 = 4gJм видно, что чем больше диаметр маховика, тем меньше его вес. Но злоупотреблять увеличением размеров для уменьшения веса маховика не рекомендуется, так как с увеличением диаметра возрастает окружная скорость, а следовательно, создается напряжение на ободе и может произойти его разрыв. Необходимо при выборе диаметра проверять окружную скорость на ободе, вычисляя ее по следующей формуле:

При этом можно руководствоваться следующими цифрами:

Vокр ≤ 30 м/с для чугунных маховиков; Vокр ≥ 50 м/с для стальных маховиков. Выбрав диаметр маховика, определяют его теоретический вес:

G = 4DJM2 .

Обычно действительный вес обода

GД = 0,9G.

182

6.8. ДИСКОВЫЙ МАХОВИК

На рис. 6.5 показана конструкция маховика, который широко используется. При наружном диаметре D < 300 мм, независимо от величины окружной скорости, следует применять маховики дисковой конструкции.

Рис. 6.5. Основные размеры маховика

При окружных скоростях V > 100 во избежание дополнительного шума целесообразно использовать маховики без отверстий в диске.

Основные размеры маховика с отверстиями в диске (см. рис. 6.5):

d1 = 0,15D; d2 = 0,25D; d3 = 0,525D; d4 = 0,8D; d0 = 0,15D; b = 0,125D; b0 = 1/3b; bст = 1,05ш.

В диске диаметром d0 число отверстий z = 4.

Иногда (при больших значениях углов ψmax и ψmin) касательные в пределах чертежа не пересекают ось ординат Т, но пересекают ось абсцисс в точках D и ш. Тогда, измерив отрезки О1D и О1Е, отрезок АВ мож-

но вычислить следующим образом (из рис. 6.4) О1А = О1D·tgψmax,

O1B = O1ED·tgψmin, откуда АВ = О1В – О1А = О1ЕD·tgψmin – O1D·tgψmax.

Следует отметить, что если из-за конструктивных соображений маховик нельзя устанавливать на ведущий вал (звено приведения), то маховик можно устанавливать на другой вращающийся вал, который связан с предыдущим постоянным передаточным отношением.

Так как кинетическая энергия маховика постоянна вне зависимости от того, на каком валу он установлен, то:

183

где IM1 и IM2 – соответственно моменты инерции маховика на валах 1 и 2;

ω1 и ω2 – соответственно угловые скорости валов 1 и 2.

Таким образом, если маховик установить на другой вал, обладающий большей угловой скоростью, то момент инерции и размеры маховика будут меньше.

Конструкции маховиков

Основное назначение маховика заключается в ограничении колебаний угловой скорости главного вала в пределах, заданных коэффициентом δ. Маховик является аккумулятором кинетической энергии машины. Если при работе механизма с маховиком ∆Т > 0, то угловая скорость главного вала возрастает и маховик накапливает кинетическую энергию. В противном случае при недостатке ∆Т угловая скорость главного вала снижается и маховик отдает часть энергии машине, являясь дополнительным источником движущих сил.

За счет значительной накопленной энергии во время ускоренного движения маховик применяется для преодоления повышенных нагрузок без увеличения мощности двигателя. В машинах ударного действия: молотах, прокатных станах, прессах, в автомобилях – он содействует выводу рабочих органов из «мертвых» положений.

Наибольшее распространение в технике получили маховики двух типов: со спицами и дисковой конструкцией.

Маховик со спицами

Конструкции этих маховиков приведены на рис. 6.6. Материал для маховиков выбирают в зависимости от окружной скорости V на наружном диаметре D.

При V ≤ 25 м/c применяются литые маховики из чугуна СЧ12-28; при V ≤ 25–30 м/с – из чугуна СЧ15-32; V ≤ 30–35 м/с – из чугуна СЧ18-36 и СЧ21-40 (плотность ρ = 6800–7400 кг/м3); при V ≤ 45 м/с – маховики литые стальные из СТ3–СТ5 (ρ = 7500–7900 кг/м3). Сечение спиц эллип-

тическое с отношением осей bcn = 0,4 ÷0,5. Спицы выполняются кони-

acn

ческими. Размеры bcn и can уменьшаются от ступицы к ободу на 20 %.

184

При наружном диаметре D < 300 мм маховики изготавливают дисковой конструкции без спиц. Значения размеров и массовых характеристик маховиков в соответствии с рис. 6.6 представлены в табл. 6.1.

а

б

185

скоростях V > 100 м/с применять маховики без отверстий в диске, чтобы избежать дополнительного шума при работе. Маховик со сплошным диском получается на 5–8 % тяжелее маховика с отверстиями. Значения основных параметров дисковых маховиков приведены в табл. 6.2.

6.9. ДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА

НЕФТЯНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

6.9.1. Структурный анализ механизма

Механизм состоит из: 1 – кривошип ОА; 2 – шатун ЕВ; 3 – коромысло ВС.

Количество подвижных звеньев n = 3. Кинематические пары:

1)стойка-кривошип ОА;

2)кривошип ОА – шатун АВ;

3)шатун АВ – коромысло СВ;

4)коромысло ВС – стойка.

Все пары низшие, плоские, накладывающие по 2 связи на относительное движение звеньев; количество пар p2 = 4.

188

6.9.3. Исследование механизма методом планов скоростей и ускорений

Построение планов скоростей

Угловая скорость входного звена ω1 рад/с. 1. Определим скорость точки А (рис. 4.16).

Вектор VA перпендикулярен ОА и направлен в сторону вращения кривошипа ОА.

VA = ω1AOA , мс-1.

На чертеже выбираем произвольную точку p – полюс. VP = 0 . Из

точки p проводим вектор pa, изображающий скорость точки А. Длина отрезка – 50 мм.

Масштаб плана скоростей – µv :

µv = VA , мс–1/мм.

Pa

2. Определим скорость точки В.

Скорости конкретных элементов VB и VO2 = 0 известны:

где VAB – вектор относительной скорости точки В в ее движении относительно точки А; где VB02 – вектор относительной скорости точки В в ее

движении относительно точки С.

Величины этих векторов неизвестны. По направлению VAB AB , VBC BC . Исходя из этого, согласно первому уравнению системы (6.2),

из точки a проводим луч соответственно AB схемы, а согласно второму уравнению (6.2) из точки p луч BC . Пересечение лучей дает точку B – конец вектора VB . Точку В соединяем с полюсом p.

VB = pb µV , м/с, VAB = ab µV , м/с.

3. Скорость точки Е, принадлежащая звену 2, определяем из подобия:

BEAB = abbe be = ba BEAB , мм.

190