Параметры и идентификаторы |
|
|
|
|
|
Варианты |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кулачковый механизм |
h, мм |
8 |
9 |
10 |
12 |
14 |
15 |
14 |
12 |
10 |
8 |
10 |
12 |
|
φ0y |
60 |
80 |
100 |
60 |
80 |
100 |
80 |
60 |
100 |
80 |
60 |
100 |
|
φ0дс |
10 |
20 |
30 |
10 |
20 |
30 |
10 |
20 |
30 |
10 |
20 |
|
|
φc |
100 |
120 |
80 |
100 |
60 |
80 |
100 |
120 |
60 |
80 |
100 |
60 |
Закон движения |
|
параб |
sin |
cos |
параб |
sin |
cos |
параб |
sin |
cos |
sin |
параб |
cos |
Задание № 5Д
Тема проекта: Гидроцилиндр.
Кинематическая схема: гидромотор состоит из кривошипно-пол- зунного механизма 1, 2, 3. Распределительный золотник выполнен в виде толкателя кулачкового механизма. Кулачок получает вращение от главного вала 1 через зубчатую передачу zш, zк, z1.
Исходные данные к заданию № 5Д
Параметры и идентификаторы |
|
|
|
|
|
Варианты |
|
|
|
|
Кривошипно-ползунный механизм |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Частота вращения, с–1 |
ω1 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
110 |
100 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
Длина кривошипа, м |
l1·10–2 |
2 |
3 |
2,2 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
3 |
2,5 |
2,2 |
2,5 |
Длина шатуна, м |
l2·10–1 |
1 |
1,2 |
1,4 |
1,5 |
1,4 |
1,3 |
1,2 |
1,1 |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
Коорд. ЦМ кривошипа, м |
l3·10–2 |
1,0 |
1,2 |
1,1 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
Коорд. ЦМ шатуна, м |
l4·10–2 |
5 |
6 |
7 |
8 |
7 |
6 |
7 |
5 |
6 |
5 |
6 |
7 |
Масса кривошипа, кг |
m1·10–1 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
4 |
3,5 |
3 |
2,5 |
2 |
3 |
4 |
Масса шатуна, кг |
m2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,7 |
0,5 |
0,5 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
Масса поршня, кг |
m3 |
0,5 |
0,6 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
0,9 |
0,7 |
0,8 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
Введение
Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям безопасности обслуживающего персонала, а также эксплутационным, экономическим, технологическим и производственным требованиям.
Проект содержит задачи по исследованию и проектированию машин, состоящих из сложных (роботов и манипуляторов) и простых в структурном отношении механизмов (шарнирно-рычажных, кулачковых, зубчатых и др.).
Курсовое проектирование способствует закреплению, углублению и обобщению теоретических данных, а также применению этих знаний к комплексному решению конкретной инженерной задачи по исследованию и расчёту механизмов и машин, кроме того прививает некоторые навыки научно-исследовательской работы.
В большинстве проектных заданий рассматриваются, кроме шарнир- но-рычажных механизмов, кулачковые, зубчатые и трансмиссионные ме- ханизмы-приводы, предназначенные для передачи движения к исполнительным органам.
Цель курсового проектирования – привить навыки использования общих методов проектирования и исследования механизмов для создания конкретных машин и приборов разнообразного назначения.
Задачи курсового проектирования:
1)оценка соответствия структурной схемы механизма основным условиям работы машины или прибора;
2)проектирование структурной и кинематической схемы рычажного механизма по основным и дополнительным условиям;
3)силовой анализ механизма с учётом геометрии масс звеньев при движении их с ускорением; защита механизмов и машин от механических колебаний; определение мощности и выбор типа двигателя;
4)анализ режима движения механизма при действии заданных сил
ирасчёт маховика;
5)проектирование механизмов с прерывистым движением выходного звена;
6)проектирование зубчатых рядовых, планетарных механизмов и расчёт оптимальной геометрии зубчатых зацеплений;
7)уравновешивание механизмов с целью уменьшения динамических нагрузок на фундамент и уменьшения сил в кинематических парах.
При разработке комплексного задания для курсового проекта используются характерные механизмы, при проектировании которых усваиваются важнейшие методы синтеза и анализа механизмов.
Целесообразность принятия конкретных решений при проектировании механизмов обосновывается функциональным назначение данной машины.
Структурный анализ кривошипно-ползунного механизма
1. Изобразим структурную схему механизма.
Рис. 1. Кривошипно-ползунный механизм:
звено 1 – кривошип – совершает вращательное движение; звено 2 – шатун – совершает плоское движение;
звено 3 – ползун – совершает поступательное движение. О, А, В, В' – кинематические пары
2. Найдём степень подвижности механизма по формуле Чебышева:
W = 3n – 2p5 – 1p4,
где n – число подвижных звеньев;
p5 – число кинематических пар 5-го класса; p4 – число кинематических пар 4-го класса.
3. Разложим механизм на структурные группы Ассура и входное (ведущее) звено.
W = 3n – 2p5 = 3 · 2 – 2 · 3 = 0
Рис. 2. Структурная группа второго класса второго порядка
W = 3n – 2p5 = 3 · 1 – 2 · 1 = 1
Рис. 3. Механизм первого класса (входное звено)
4.Запишем структурную формулу механизма: 1 → 222 .
5.Определим класс, порядок всего механизма.
Исследуемый механизм состоит из механизма первого класса и структурной группы (шатун и ползун) второго класса второго порядка, следовательно, механизм О, А, В, В' – механизм второго класса второго порядка.
Кинематический анализ механизма
Исходные данные: lOA, м; lAB, м; ω 1, с–1.
При кинематическом анализе решаются три задачи:
–задача о положениях;
–задача о скоростях;
–задача об ускорениях.
496
Задача о положениях
Проектирование кривошипно-ползунного механизма. Найдем крайние положения механизма: начало и конец рабочего хода выходного звена.
S' – начало рабочего хода; S' = lOA + lAB , где lOА – длина кривошипа ОА; lAB – длина шатуна АВ; S" – конец рабочего хода выходного звена;
S"= lAB − lOA .
Рабочий ход (м):
S = S' – S" = 2r.
Построим механизм в масштабе (м/мм)
µl = lОА/OA,
где µl – масштабный коэффициент длины звена, ОА – длина звена на чертеже.
Найдем длину звена АВ на чертеже (мм):
АВ = lAB/µl.
Покажем перемещение точек в двенадцати положениях механизма. Для этого разделим окружность на 12 равных частей, используя метод засечек. Определим положения звеньев механизма.
Построим шатунную кривую. Для этого найдем центр тяжести каждого звена и соединим плавной линией.
Планы положений механизма используются для определения скоростей и ускорений в заданных положениях.
Задача о скоростях
Кинематический анализ выполняется графоаналитическим методом, который отражает наглядность изменения скоростей и обеспечивает достаточную точность. Скорость ведущего звена (мс–1)
|
|
|
|
|
|
|
|
VA = ω 1 lOA . |
Запишем векторные уравнения: |
|
|
|
|
|
|
|
− |
− − |
|
|
− |
− − |
|
|
|
|
|
|
V B = V A+V |
ВА; V B = V В0+V BВ0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где VB = 0; VA OA; VBA |
AB; VB |
= VBB |
|| оси движения выходного звена. |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
Величины векторов VBA , VB , VS 2 определим построением. Выберем масштабный коэффициент плана скоростей (мс–1/мм):
µ = |
V |
A |
= |
ω |
l |
|
1 |
OA |
, |
|
|
|
|
V |
pa |
|
pa |
|
|
где pa – отрезок, характеризующий величину скорости на чертеже (мм). От произвольной точки р – полюса плана скоростей – отложим вектор ра, перпендикулярный ОA. Через точку а проводим перпендикулярно звену АВ вектор АВ. Точка пересечения оси (выбранной в направлении движения) с этим вектором даст точку B, соединив точку B с полюсом, получим вектор скорости – точку В. Определим величину скорости точки B (мс–1):
VB = pb V .
Положение точки S2 на плане скоростей определим из пропорции
AS2 |
= |
aS 2 |
a |
S 2 |
= |
AS2 ab |
. |
|
|
|
AB ab |
|
AB |
|
|
Соединив точку S2 с полюсом р, получим величину и направление скорости точки S2 (мс–1):
VS 2 = pS2 V .
Определяем (мс–1):
VBA = ab V , VS1 = pS1 V , VS 3 = pS3 V .
Определяем (с–1)
Направление ω 2 определяется переносом вектора VBA в точку В относительно точки А. Полученные результаты графоаналитического и аналитического методов отразим в таблице:
Параметр |
|
|
|
|
Положение механизма |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
9 |
10 |
11 |
12 |
VBA, мс–1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VВ, мс–1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VS1, мс–1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VS2, мс–1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VS3, мс–1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω 2, с–1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Годограф скоростей
Годограф скоростей – это геометрическое место векторов скорости точки S2 в двенадцати положениях механизма, приведем их к одной точке и соединим их вершины плавной линией.
Задача об ускорениях
Исследование механизма начинаем со входного звена, определяем ускорение точки А:
|
|
|
aK |
= aK |
+ aKn |
+ aKτ |
; |
|
|
|
|
|
|
|
A |
0 |
AO |
|
AO |
|
|
|
|
|
a |
= 0, a |
τ |
= ε l = 0 , так как ϖ |
= |
const, ε |
|
= |
dϖ |
= 0, |
AO |
1 |
|
O |
|
1 OA |
|
|
|
1 |
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
aA = ϖ 12lOA , мс–2.
мс-2
Определяем масштабный коэффициент плана ускорений :
мм
µa = aA , p1a
где p1a – вектор, характеризующий величину ускорения аA на плане ускорений.
Переходим кисследованиюгруппы 222 . Запишемвекторныеуравнения:
где aА – ускорение входного звена;
aBAn – нормальная составляющая относительного ускорения звена АВ, вектор этого ускорения на плане ускорений направлен параллельно звену АВ к точке В, мс–2; aBAn = VBA2 / lAB ,
an – величина ускорения aBAn на плане ускорений, мм; an = aBAn 
µa , aBAτ – тангенциальная составляющая относительного ускорения звена
АВ, вектор этого ускорения направлен перпендикулярно звену АВ. Построим план ускорений. Из произвольной точки p1 – полюса – от-
кладываем векторы скоростей aА и затем aBAn . Из конца вектора aBAn про-
водим вектор aBAτ , перпендикулярный предыдущему вектору, до пересе-
чения с осью движения звена, совершающего поступательное движение, по которой направлен вектор ускорения аВ.
Определим ускорение aAB, соединив на плане ускорений точку а с точкой b. Векторы ускорений центров масс звеньев определяем, используя теорему подобия.
Определим величины ускорений (мс–2), замерив векторы на плане ускорений:
|
aτ |
= nb ; |
a |
BA |
= ab ; |
a |
B |
= p b ; |
|
|
BA |
a |
|
a |
|
1 |
a |
|
|
aS1 = p1S1 a ; |
aS 2 = p1S2 a ; |
aS 3 = p1S3 a . |
|
|
Определим угловое ускорение (c–1) звена АВ: ε 2 |
= |
aABτ |
. Данные двух |
|
lAB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
методов (графоаналитического и аналитического) заносим в таблицу:
Параметр |
Положение механизма |
aBAτ , мс–2 |
|
aBAn , мс–2 |
|
|
|
an, мм |
|
|
|
аВА, мс–2 |
|
аВ, мс–2 |
|
аS1, мс–2 |
|
аS2, мс–2 |
|
аS3, мс–2 |
|
ε2, с–2 |
|
Кинематический анализ механизма методом диаграмм
Задача о положениях S = f (ϕ )
Выбираем масштаб построения µS = µl, м/мм. Проводим оси прямоугольных координат S и ϕ , t. На оси откладываем 12 равных отрезков 0–1, 1–2, 2–3 и т.д. в соответствии с углом поворота кривошипа. Через точки 1, 2, 3 и т.д. проводим ординаты и откладываем на них отрезки, равные перемещению ползуна при соответствующих положениях кривошипа. Соединив точки, получим диаграмму перемещения точки В, т.е. SB = f (ϕ ); SB = f (t).
