metoda / metoda

ББК 34.4 C36

Рецензенты: Фурсяк Ф.И.

C36 Тарабарин В.Б. Определение закона движения механизма.: Учебное пособие для выполнения первого листа курсового проекта по ТММ, - М.: Изд-во МГТУ, 2005. - с., ил.

ISBN 5-7038-0658-5

В пособии приводятся: требования к содержанию листов и пояснительной записки курсового проекта по ТММ, основные принципы формирования оценки за проект, требования к докладу при защите проекта, некоторые теоретические материалы по режиму движения "пуск-останов". Излагается алгоритм определения закона движения гидроподъемника с числовым примером. В приложении П1 приводятся рекомендации стандартов по оформлению диаграмм и графиков. В приложении П2 дан пример решения задачи определения закона движения механизма плунжерного насоса при установившемся режиме движения в среде MathCAD.

Предназначено для студентов, выполняющих курсовой проект или работу по ТММ.

Табл. . Ил. . Библиогр. назв.

ББК 34.41

Редакция заказной литературы

Валентин Борисович Тарабарин

Определение закона движения механизма.

Заведующая редакцией Н.Г.Ковалевская Редактор Корректор Л.И.Малютина

2

5 - при защите студент успешно отвечает более чем на 80% заданных вопросов, демонстрируя при ответе знание как основной, так и дополнительной литературы по курсу;

4 - при защите студент успешно отвечает более чем на 60% заданных вопросов, демонстрируя при ответе знание основной литературы по курсу; 3 - при защите студент успешно отвечает более чем на 50% заданных вопросов, демонстрируя при ответе знание основной литературы по курсу

при наводящих вопросах со стороны комиссии.

Защита проекта проводится в утвержденных кафедрой комиссиях, в состав которой обязательно входит преподаватель - руководитель проекта. Форма защиты выбирается членами комиссии (публичная защита с вывешиванием листов проекта, опрос по листам проекта, ответ по билетам и т.д.). Студент, не защитивший проект, допускается к повторной защите не ранее чем через два дня. Третья защита курсового проекта проводится в комиссии расширенного состава с включением председателя секции факультета, представителя комиссии по курсовому проектированию и представителя кафедры (куратора группы). Студент, не защитивший курсовой проект в комиссии, не аттестуется и должен повторно выполнить курсовой проект. В случае возникновения в процессе защиты курсового проекта конфликтной ситуации защита проводится в комиссии расширенного состава.

Задание на проектирование.

Задание на курсовую работу или техническое задание на проектирование содержит следующую информацию:

Наименование машины, ее назначение и функциональная структура (определены основные типовые механизмы и их связи). Для динамического исследования заданы: массы и моменты инерции звеньев механизма, закон изменения внешних сил с указанием экстремальных значений (или условия для определения закона изменения и значений сил), указание режима работы машинного агрегата (если это не очевидно из ее функционального назначения), начальную или среднюю скорость главного вала машины, коэффициент неравномерности. Для метрического синтеза механизма даны: некоторые размеры звеньев механизма и условия для их определения остальных (углы давления в КП, коэффициенты неравномерности средней скорости и др.). В некоторых заданиях приведены циклограммы работы основного и вспомогательных механизмов.

Кроме того, приводятся следующие данные:

для зубчатой передачи - числа зубьев колес и модуль (возможны варианты - число зубьев одного из колес и передаточное отношение, межосевое расстояние и передаточное отношение), угол наклона линии зуба, параметры исходного контура;

4

для планетарного механизма - структурная схема механизма, передаточное отношение (возможный вариант - общее передаточное отношение и либо числа зубьев колес зубчатой передачи, либо ее передаточное отношение), число сателлитов;

для кулачкового механизма - структурная схема механизма, типовой закон движения толкателя с указанием фазовых углов (обычно в виде зависимости ускорения или второй передаточной функции от угла поворота кулачка), максимальный ход толкателя, допустимый угол давления. В некоторых заданиях дано: радиус ролика или радиус скругления толкателя, диаметра вала, на котором устанавливается кулачок, эксцентриситет (для толкателя с поступательным движением), межосевое расстояние и длина коромысла (для толкателя с вращательным движением).

Содержание доклада при защите курсового проекта:

При защите проекта студент делает краткий доклад, в котором должно быть отражено:

•Цели и задачи курсового проекта в целом, назначение исследуемой машины и ее функциональных основных частей (указать какие типовые механизмы входят в состав машины и какие функции они выполняют).

•По каждому из листов курсовой работы необходимо сформулировать постановку задачи, указать используемый метод ее решения (не путать методы составления описывающих расчетную модель уравнений со способом решения этих уравнений), определить результаты решения и дать их анализ.

•В конце доклада сформулировать заключение по работе, в котором отразить результаты синтеза и анализа механизмов машины.

Основные положения, включаемые в доклад.

Цель курсового проекта: для заданного машинного агрегата провести решение задач синтеза и анализа типовых механизмов: рычажного, простого зубчатого, планетарного и кулачкового.

Задачи курсового проекта:

•метрический синтез основного рычажного механизма;

•динамический анализ закона движения основного механизма машины энергетическим методом;

•силовой расчет основного механизма методом кинетостатики;

•синтез цилиндрической эвольвентной зубчатой передачи по качественным показателям (с построением схемы станочного зацепления, построением профиля зуба шестерни методом обкатки и вычерчиванием схемы зацепления колес);

•синтез планетарного зубчатого механизма (подбор чисел зубьев колес) и его кинематический анализ;

5

• метрический синтез плоского кулачкового механизма по допустимому углу давления с построением профиля методом обращенного движения.

Содержание листов курсового проекта.

Лист 1. На листе изображаются следующие диаграммы и графики, иллюстрирующие ход решения задачи по определению закона движения механизма:

При установившемся режиме.

1.кинематическая схема основного рычажного механизма в произвольном положении, планы положений звеньев механизма в начальном и конечном положении выходного звена;

2.план возможных скоростей для выбранного произвольного положения механизма;

3.диаграммы первых передаточных функций1 механизма (всех используемых при построении динамической модели);

4.индикаторные диаграммы (для поршневых машин) и диаграммы внешних сил и моментов;

5.диаграммы приведенных моментов сил (отдельно от каждой силы и момента, а также суммарная диаграмма);

6.диаграмма приведенных моментов инерции второй группы звеньев (для каждой составляющей и суммарная);

7.диаграмма работы силы сопротивления, движущей и суммарная ;

8.диаграмма кинетической энергии второй группы звеньев (обычно совмещается с диаграммой приведенного момента инерции);

9.графики суммарной работы, кинетической энергии первой группы звеньев, изменения угловой скорости и угловой скорости звена приведения (обычно эти графики совмещаются на одной диаграмме);

10.диаграмма механической характеристики (для машин с приводом от асинхронного электродвигателя) и диаграмма приведенной механической характеристики (выполняется слева на оси ординат диаграммы скорости); график движущего момента, уточненный по приведенной механической характеристике (выполняется на диаграмме приведенных моментов).

При неустановившемся режиме.

Пункты 1-6 такие же, как при установившемся режиме работы, а далее: 7. диаграмма приведенных моментов инерции второй группы звеньев

(для каждой составляющей и суммарная);

1 Здесь и далее под передаточными функциями понимаются кинематические (точнее геометрические) передаточные функции - производные функций положения по обобщенной координате.

6

8.диаграмма работы суммарного приведенного момента;

9.диаграмма угловой скорости звена приведения в функции обобщенной координаты;

10. диаграмма времени в функции обобщенной координаты;

11. диаграмма угловой скорости звена приведения в функции времени (обычно выполняется слева от графика времени и ориентируется так, чтобы ось абсцисс этого графика была параллельна (или совпадала) с осью ординат графика времени);

12. диаграмма углового ускорения в функции обобщенной координаты. Лист 2. На листе изображаются следующие расчетные схемы и векторные диаграммы и графики, иллюстрирующие решение задачи кинето-

статического силового расчета механизма:

1.Кинематическая схема механизма в заданном положении с приложенными внешними силами и моментами. Рядом со схемой записывается постановка задачи, в которой указывается что, дано и что определяется в ходе решения.

2.Для заданного положения механизма вычерчиваются план скоростей и план ускорений (с указанием принятых масштабов).

3.Последовательно, отражая ход решения, изображаются рассматриваемые элементы механизма (группы или звенья) с приложенными внешними силами и моментами (включая расчетные силы и моменты сил инерции). Рядом записываются уравнения силового равновесия рассматриваемого элемента. Если решение векторных уравнений проводится графически, то изображаются векторные диаграммы сил (с указаниями принятого масштаба). Число изображенных элементов и число уравнений должно быть согласовано с числом неизвестных в задаче.

4.В нижнем правом углу листа изображается таблица результатов расчета, в которой указываются определенные в силовом расчете значения модулей сил и моментов, угловые координаты векторов сил (относительно горизонтальной оси х). Здесь же приводится величина погрешности между результатами первого и второго листов, рассчитанной по величине уравновешивающей силы или момента.

Лист 3. На листе изображаются кинематические схемы зубчатых передач и зацеплений, диаграммы и графики, иллюстрирующие решение задачи синтеза эвольвентной зубчатой передачи и планетарного механизма:

1. Диаграммы качественных показателей εα= f(X1), sa1,2/m= f(X1), ϑ = f(X1), λ1,2 = f(X1), построенные по результатам расчета геометрии цилиндрической эвольвентной зубчатой передачи на ЭВМ при заданном значении коэффициента смещения Х2 в диапазоне изменения от Х1=0 до Х1=1.1(1.4) с шагом 0.1. На диаграммах указывается область допустимых решений (ОДР) для коэффициента смещения Х1 (минимальное и максимальное допустимые значения коэффициента смещения Х1).

7

2.Схема станочного зацепления для шестерни (зубчатого колеса с

меньшим числом зубьев) при выбранном значении Х1. На схеме выполняется построение профиля зуба методом огибания (включая переходную кривую).

3.Схема эвольвентного зацепления для спроектированной зубчатой передачи с указанием основных параметров зубчатых колес и передачи по ГОСТ.

4.Кинематическая схема спроектированного планетарного редуктора

вдвух проекциях в произвольном масштабе (модуль зацепления можно принять равным единице). На схеме изображают кинематическое исследование редуктора методом треугольников скоростей. Часто кинематическое исследование дополняется планом угловых скоростей механизма.

5.Основные результаты проектирования зубчатой передачи и планетарного механизма привести на листе в таблице.

Лист 4. На листе изображаются диаграммы, графики и схемы, которые иллюстрируют решение задачи синтеза кулачкового механизма:

1.Вычерчивается исходная диаграмма передаточной функции (первой или второй), которая интегрируется или дифференцируется. В результате получаются диаграммы функции положения и двух передаточных функций.

2.Строится диаграмма зависимости перемещения от первой передаточной функции. По этой диаграмме с учетом допустимого угла давления определяются основные размеры кулачкового механизма.

3.Методом обращенного движения строятся центровой и конструктивный профили кулачка. С использованием построенных профилей вычерчивается кинематическая схема механизма в произвольном положении.

4.Для проверки правильности построения профилей по ним определяются углы давления, и строится диаграмма угла давления.

Последовательность выполнения первого листа курсового проекта.

1.Ознакомится с текстом задания на курсовой проект, числовые данные свести в таблицы и, при необходимости, перевести из технической системы единиц в систему СИ. Оформить техническое задание в виде раздела расчетно-пояснительной записки (в качестве иллюстраций можно использовать ксерокопии, снятые со сборника заданий). Техническое задание должно содержать все схемы и рисунки из сборника заданий, соответствующую текстовую часть и таблицы числовых значений исходных данных.

2.Провести по заданным параметрам (коэффициенту неравномерности средней скорости, углам давления и др.) и исходным размерам метрический синтез основного рычажного механизма (используя графические или аналитические методы решения).

3.Вычертить на листе в масштабе кинематическую схему синтезированного механизма в произвольном положении. Построить планы ме-

8

ханизма в начальном и конечном положениях (для цикловых механизмах изобразить планы механизма в крайних положениях выходного звена).

4.Для произвольного положения механизма построить план возможных скоростей (или план аналогов скоростей).

5.Рассчитать графо-аналитическим или аналитическим методом (желательно использовать имеющееся на кафедре программное обеспечение, например, программу "DIADA") необходимые для построения динамической модели механизма первые передаточные функции и построить на листе диаграммы их изменения за цикл движения.

6.По исходным данным (обычно индикаторной диаграмме или диаграмме внешней силы или момента, заданной в относительных величинах, минимальным и максимальным значениям внешней силы или момента) построить по диаграмму изменения внешней силы (момента) в функции перемещения звена или точки ее приложения. Для поршневых машин вначале необходимо построить индикаторную диаграмму, а затем диаграмму внешней силы. По возможности диаграммы строятся в проекционной связи с ходом звена на кинематической схеме механизма. Сила считается положительной, если ее работа увеличивает энергию рассматриваемой системы. Если сила уменьшает (рассеивает) энергию системы, то ее называют диссипативной и считают отрицательной. В некоторых случаях используют другие правила знаков.

7.Для всех известных внешних сил и моментов рассчитывают составляющие суммарного приведенного момента и строят диаграммы приведенных моментов от каждой силы и момента и суммарную.

8.Звенья механической системы делятся на две группы. В первую входят те, для которых первые передаточные функции постоянные. Вторую образуют звенья рычажного механизма передаточные функции, которых не являются константами. Приведенный момент инерции для этих звеньев представляет собой периодическую функцию от обобщенной координаты. Для звеньев второй группы, масса или момент инерции которых задан, рассчитывают приведенные моменты инерции. Строятся диаграмма приведенных моментов инерции звеньев второй группы. На ней изображаются графики приведенного момента инерции каждого звена и график суммарного приведенного момента инерции звеньев второй группы. В пунктах 7 и 8 можно пренебречь составляющими, общий вклад которых в суммарную не превышает 5%.

9.При неустановившемся режиме работы проводится интегри-

рование диаграммы приведенного суммарного момента и строится диаграмма работы. По значениям с диаграммам работы и приведенного момента инерции определяются значения угловой скорости, по которым строится диаграмма угловой скорости. Интегрированием этой диаграммы получают диаграмму зависимости времени от перемещения. По диаграм-

9

мам скорости и времени строится диаграмма зависимости угловой скорости от времени. Последняя диаграмма - диаграмма углового ускорения от перемещения звена приведения. При этом использовать уравнение движения динамической модели в дифференциальной форме.

При установившемся режиме работы диаграммы строятся в сле-

дующем порядке. Интегрированием суммарного приведенного момента сил сопротивления (движущих) получают диаграмму работы. Приведенный момент от движущей (сопротивления) силы принимается постоянным (среднеинтегральным). Согласно условию установившегося движения модули работ движущих сил и сил сопротивления в конце цикла равны. По этому условию строится диаграмма работы движущей силы (силы сопротивления), как прямая проходящая через начало координат и ординату работы движущей силы (силы сопротивления) в конце цикла. Диаграмма суммарной работы получается алгебраическим суммированием диаграмм работ движущих сил и сил сопротивления. Диаграмма кинетической энергии второй группы звеньев определяется по диаграмме их приведенного момента инерции. Диаграмма кинетической энергии первой группы звеньев получается вычитанием из полной кинетической энергии (суммарной работы) кинетической энергии второй группы звеньев. Эта диаграмма может быть приближенно (при допущении, что угловая скорость равна средней угловой скорости) принята за диаграмму изменения угловой скорости. На диаграмме кинетической энергии первой группы звеньев определяется ее наибольшее изменение за цикл движения. По величине этого изменения рассчитывается необходимый момент инерции первой группы звеньев, обеспечивающий заданный коэффициент неравномерности δ. Вычитая из этой величины приведенные моменты инерции первой группы звеньев, определяется величина дополнительной маховой массы или маховика.

Требования к содержанию и оформлению пояснительной записки.

Пояснительная записка - документ, содержащий описание устройства и принципов действия разрабатываемого объекта, а также обоснование принятых при его разработке технических решений. Записка выполняется на листах формата А4 (297х210 мм) с одной стороны. В учебном процессе ограничивающие формат рамки и штампы на каждом листе записки можно не выполнять. При написании текста, выполнении таблиц и рисунков на листах необходимо оставлять поля: слева 20-25 мм, сверху и снизу 15-10 мм, справа -10 мм. Пояснительная записка к курсовому проекту по ТММ должна содержать следующие обязательные разделы: титульный лист, аннотацию или реферат, содержание (оглавление), задание на проектирование (техническое задание), основную часть, заключение, список литературы. В основной части записки приводятся по каждому разделу (листу) кур-

10