0158 / 1 / 15_курсовой тмм

Содержание Введение____________________________________________________ 3

1Задание и исходные данные___________________________________ 4

2Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма_______ 5

3Силовой анализ механизма___________________________________ 10

4Кинематический расчет передаточного механизма ПМ

(Редуктора)_________________________________________________ 13 Список литературы__________________________________________ 17

Приложение 1. Построение схемы механизма____________________ 18 Приложение 2. Построение плана скоростей____________________ 19 Приложение 3. Построение плана ускорений_____________________ 25

Приложение 4. Построение плана сил___________________________ 31

Приложение 5. Построение схемы зубчатого зацепления___________ 37

Введение

При создании новых машин и механизмов возникает вопрос соответствия геометрических размеров их деталей воспринимаемым ими нагрузкам. Механизмы подвергаются теоретическому расчету, задачей которого является их определение.

Курс «Теории механизмов и машин» является частью прикладной механики, в которой рассматриваются теоретические вопросы с целью дальнейшего использования полученных результатов при создании реальной машины. Наряду с этим выделяют теоретическую механику и сопротивление материалов, на знании которых базируется решение задач «Теории механизмов и машин». Знания, полученные в области указанных дисциплин суммированно применяются в курсе «Деталей машин».

В настоящей курсовой работе анализируется одноцилиндровый кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя, приводящий в движение тяговые колеса локомотива через зубчатую передачу.

1 Заданиеиисходныеданные

Необходимо выполнить комплексное исследование одноцилиндрового кривошипно-шатунного механизма поршневого двигателя (Рисунок 1) с целью определения нагрузок на его элементы и последующего расчета деталей зубчатой передачи, включая следующие разделы:

1.Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма, определение уравновешивающего момента Тур , Нм;

2.Кинематический расчет передаточного механизма ПМ (Редуктора);

3.Определение размеров зубчатых колес редуктора на основании Тур ;

4.Построение картины зубчатого зацепления.

Рисунок 1.

Одноцилиндровый кривошипно-шатунный механизма поршневого двигателя.

Исходные данные для исследование механизма:

1.Сила, действующая на поршень, Q=5000 Н;

2.Число оборотов коленчатого вала n1 =1300 об/мин;

3.Длина звена ОА=0,1 м;

4.Длина звена АВ=0,45 м;

5.Масса звена ОА: m1 =0,14 кг;

6.Масса звена АВ: m2 =2,5 кг;

7.Масса звена В: m3 =2 кг.

2Кинематическийанализкривошипно-шатунногомеханизма

2.1Построение схемы механизма.

Механизм состоит из 4 звеньев: О - стойка, 1 - кривошип, 2 - шатун, 3 - ползун.

Формула Чебышева для определения числа степеней свободы плоского механизма имеет вид: f=3n-2p5 -p4 , где n=3 - число

подвижных звеньев, p5 =4 - число кинематических пар с одной

степенью свободы (вращательные: 1-2, 2-3, 3-4; поступательные: 1-4), p4 =0 - число кинематических пар с двумя степенями свободы.

Получаем: f=3·3-2·4-0=1. Данный механизм имеет одну степень свободы. Положение всех звеньев определяется углом поворота кривошипа j.

Построим схему механизма в соответствии с размерами в шести положениях рабочего хода (Приложение 1, лист 18). Для удобства построения уменьшаем размеры в 3 раза, используя масштаб 1:3.

В качестве первого положения примем верхнюю мертвую точку ползуна, что соответствует положению кривошипа А0 и углу

поворота кривошипа j=0 град; положение ползуна соответствует

точке В0 .

В качестве шестого положения примем нижнюю мертвую точку ползуна, что соответствует положению кривошипа А5 и углу

поворота кривошипа j=180 град; положение ползуна соответствует

точке В5 .

Остальные четыре положения выбираются между первым и шестым положениями с равным шагом j=36 град. Причем направление вращения кривошипа и положительное направление j принимаем против часовой стрелки.

2.2 Построение плана скоростей.

План скоростей представляет собой результаты графического решения векторных уравнений записанных на основе сложения скоростей.

Теорема сложения скоростей: скорость любой точки тела, совершающего плоскопараллельное движение, геометрически

складывается из скорости полюса и скорости вращения этой точки вокруг полюса. Для точки B имеем:

VB =VAB +VA , VAB AB.

Найдем угловую скорость кривошипа:

Найдем скорость VA =ОА·w1 =0,1·м·136,13·с -1=13,6·м/с.

Угловую скорость w2 находим по формуле:

Алгоритм построения плана скоростей:

1)Строим мгновенный центр скоростей PV .

2)Параллельно вектору скорости VA строим вектор скорости VA из центра мгновенных скоростей PV .

3)Из конца вектора VA проводим линию, перпендикулярную звену AB

(линию действия).

4)Через точку PV проводим прямую, параллельную оси OB.

5)Строим точки а и b на линии действия (а - в месте пересечения вектора VA с линией действия; b - в месте пересечения линии

действия с прямой, параллельной ОВ).

Построим планы скоростей для шести вышеобозначенных положений ползуна (Приложение 2, листы 19-24).

Для каждого положения найдем скорости VB и VAB :

VB =KV ·PV b; VAB =KV ·ab.

Полученные данные внесем в таблицу 1.

Таблица 1.

2.3 Построение плана ускорений.

Полное ускорение какой-либо точки тела при его плоском движении равно векторной сумме ускорения полюса и ускорения этой точки при вращательном движении тела вокруг полюса. С учетом этого, ускорение точки В:

aВ =аА +аABn +aABt .

Так как кривошип вращается против часовой стрелки с

постоянной угловой скоростью w1 =136,13 с -1, то угловое ускорение кривошипа ε1 =w1 '=0. Тогда полное ускорение точки А:

aA =aAn, aA =w12·ОА=(136,13 с -1) 2·0,1 м=1853,29 м/с 2.

Нормальное ускорение aABn =w22·АB. Коэффициент масштаба плана ускорений:

Алгоритм построения плана ускорений:

1)Строим мгновенный центр ускорений Ра .

2)Параллельно вектору ускорения аA (вектор ускорений aA направлен

параллельно ОА к центру вращения кривошипа О) строим вектор ускорения аA из центра мгновенных ускорений Pа .

3) Проводим из конца вектора аА линию действия, параллельную линии действия вектора aABn (вектор aABn направлен параллельно АВ). 4) Из точки конца вектора аА на линии действия строим вектор ускорения aABn .

5) Из конца вектора aABn проводим линию действия, параллельную линии действия вектора aАВt (вектор aАВt перпендикулярен АВ).

6)Из точки Ра строим линию, параллельную ОВ (линия действия вектора ускорения аВ ).

7)Обозначаем точки: а - пересечение линии действия вектора aABn

и конца вектора аА ; b - пересечение линий действия векторов aABn и aАВt ; с - пересечение линии действия вектора аВ и линии действия вектора aАВt .

8) Строим вектора ускорений: aABn - из точки а в точку b; aАВt - из точки b в точку с; аВ - из точки Ра в точку с.

Построим планы ускорений для шести вышеобозначенных положений ползуна (Приложение 3, листы 25-30).

Для каждого положения найдем ускорения:

аB =Kа ·Pа с; аABt =Kа ·bс.

Найдем угловое ускорение шатуна ε = аАВt . 2 АВ

Полученные данные внесем в таблицу 2.

Таблица 2.

Тогда аналог скоростей определяется по формуле: S'=ОА·(sin(j)+2λ·sin(2j)).

Аналог ускорений определяется по формуле: S"=ОА·(cos(j)+λ·cos(2j)).

Скорость ползуна определяется по формуле:

VB =IS'I·w1 .

Ускорение ползуна определяется по формуле:

aВ =IS"I·w12.

Просчитаем перемещение, скорость и ускорение ползуна по вышеобозначенным формулам для шести положений ползуна и внесем полученные значения в таблицу 3.

Таблица 3.

Полученные аналитическим методом значения скорости и ускорения ползуна с достаточной степенью точности совпадают со значениями, полученными графическим методом.

3 Силовойанализмеханизма

Задача силового анализа исследуемого механизма при известных кинематических характеристиках и внешних силах и моментах - определение уравновешивающей силы или момента (управляющее силовое воздействие) и реакции в кинематических парах механизма.

3.1 Построение плана сил.

План сил механизма предусматривает нанесение на схему механизма векторов внешних сил и моментах и реакции в кинематических парах механизма, на основании которых в дальнейшем находится мгновенное значение уравновешивающей силы.

Алгоритм построения плана сил:

1) Находим ускорение центра тяжести шатуна aS2 для каждого

положения ползуна. Для этого необходимо:

1.1) на плане ускорений каждого положения (Приложение 3) строим отрезок ас, отмечаем точкой d середину этого отрезка;