3. Задачи и исходные данные первого листа курсового проекта

В задачи выполнения 1-го листа курсового проекта входит структурный и кинематический анализ рычажного механизма, для чего необходимо решить следующие подзадачи:

1) определить степень подвижности механизма; 2) разложить механизм на структурные группы; 3) написать формулу строения механизма; 4) определить класс механизма; 5) определить графо-аналитически недостающие размеры звеньев; 6) вычертить тонкими линиями 12 положений ведомого звена; 7) построить график перемещений ведомого звена; 8) построить 12 планов скоростей; 9) построить график скорости выходного звена; 10) построить график ускорений ведомого звена; 11) построить график изменения силы или момента сопротивления; 12) построить график мощности силы или момента сопротивления; 13) построить два плана ускорений; 14) сравнить в процентах ускорение выходного звена, найденное по плану ускорений и по графику ускорений.

Рассмотрим решение этих задач на примере механизма рычажного пресса для изготовления изделий из порошковых материалов. Исходными данными для выполнения первого листа курсового проекта являются: схема механизма рис. 8а; ход ползуна S_F; размерыL₁,L₂,L₃; частота вращения кривошипаn₁=const; максимальное значение силы сопротивления Р_5maxи график нагрузки прессования рис. 8б.

а) б)

Рис. 8. Кинематическая схема пресса а) и

график нагрузки прессования б).

4. Структурный анализ механизма.

По формуле Чебышева (1.1) найдем степень подвижности механизма рис. 8а, где жирной линией выделено одно положение механизма, т.е. его схема. Число подвижных звеньев n=5: кривошип АВ, шатун ВС, коромысло СD, шатунEFи ползунF(в таком же порядке будем нумеровать звенья). Число кинематических пар пятого класса Р₅=7 (Р₁=7): 6 вращательных кинематических парA,B,C,D,E,Fи одна поступательная пара, т.е. в точкеFдве кинематические пары – вращательная и поступательная. Кинематических пар четвертого класса нет Р₄=0 (Р₂=0). Таким образом, получаем

,

т.е. кинематическая цепь имеет одну степень подвижности и может иметь одно ведущее звено – в данном случае выбрано звено 1 – кривошип.

Теперь разложим механизм на структурные группы. Здесь две структурные группы второго класса: звенья 4-5 и три кинематические пары – поступательная и вращательная Fи вращательная Е; звенья 2-3 и три вращательные кинематические парыB,C,D. Таким образом, в соответствии с правилом Ассура (стр. ), механизм образован путем последовательного присоединения к механизму I-го класса – звено 1, вращательная пара А и стойка – двух структурных групп второго класса. Поэтому, формула строения механизма имеет вид

I₁← II_2,3← II_4,5и, следовательно, механизм относится ко второму классу.

5. Построение схемы механизма и его двенадцати положений.

На листе ватмана формата А1 для схемы механизма отводят примерно 1/8 часть листа (рис. 9) и выбирают масштаб длин μ_lкак отношение истинного наибольшего размера, напримерL₁, к тому отрезку на чертеже, который будет соответствовать этому размеру. Этот масштаб может отличаться от стандартного масштаба, принятого в черчении. Далее полагаем, что все размеры откладываются в масштабе μ_l(рис. 9.).

Выбираем на листе ватмана положение точки А – центра кривошипа АВ и от него на расстояниях L₁иL₂проводим вертикальную и горизонтальную линии, получая на их пересечении точкуD– опору коромыслаCD. Проводим горизонталь через точкуDи из этой точки влево проводим две дуги размеромl_CDиl_DE– траектории точек С и Е соответственно. От этой горизонтали вверх и вниз на расстоянии половины хода ползуна на дуге – траектории точки Е делаем засечки, получая крайние положения точки Е. Через эти точки из центраDдо дуги точки С проводим два луча, получая на пересечении с дугой крайние положения точки С. Теперь, соединяя точки С^´и С´´ с точкой А, можем вычислить размеры кривошипа АВ и шатуна ВС:

;

l_AB= ; l_BC=.

Здесь использовано свойство, что в крайних положениях рычажного механизма оси кривошипа и шатуна располагаются на одной прямой. Проведя окружность размером АВ получим траекторию точки В, а положения кривошипа АВ^'и АВ^''соответствуют крайним положениям ползуна – точкиF.

В работе механизма различают рабочий ход – прессование при движении ползуна вниз и холостой ход – возврат ползуна в исходное положение при движении ползуна вверх. Выбираем направление движения кривошипа АВ по часовой стрелке и тогда время рабочего хода будет соответствовать соответствующего углу поворота кривошипа от точки В^'к точке В^'', холостой ход будет соответствовать углу поворота кривошипа от точки В^''к точке В^'.

Исследуя реальный механизм, рассматривают определенное число его положений. В учебном курсовом проекте строят 12 положений механизма. Для этого разбиваем траекторию точки В на 12 равных частей, начиная с начала рабочего хода, т.е. с точки В^', принимая ее за нулевое положение, и для каждого 1,2,3,…11 положений кривошипа строим положения звеньев механизма методом засечек. При этом второе крайнее положение механизма может не совпадать ни с одной из точек деления, ну и пусть. Покажем, например, построение положений звеньев для третьего положения кривошипа. Т.е. положение кривошипа известно – оно задано или выбрано. Требуется найти положения других звеньев. Их находят в порядке присоединения структурных групп к механизму 1-го класса в соответствии с формулой строения механизма. У структурных групп всегда известно положение, скорость и ускорение внешних кинематических пар и состоит задача в определении кинематических характеристик внутренних кинематических пар.

Рис. 9. Построения схемы и положений механизма.

Наиболее просто эта задача решается для структурных групп 2-го класса, из которых состоит данный механизм. Для этого рассматривается возможное движение внутренней кинематической пары относительно внешних пар.

Внутренняя кинематическая пара С первой присоединенной структурной группы относительно точки В (в данный момент считается неподвижной) может двигаться только по дуге окружности радиуса ВС. Аналогично движение точки С относительно точки D: по дуге окружности радиуса СD. Поэтому циркулем из точки В₃радиусом ВС делаем засечку на траектории точки С относительно точкиDи получаем положение внутренней кинематической пары С₃. Соединяя С₃с В₃и сD, получаем положение звеньев первой присоединенной структурной группы. Точка Е₃лежит на пересечении прямой С₃Dи траектории точки Е относительно точкиD. В то же время она является одной из внешних кинематических пар следующей группы II класса и ее положение, таким образом, становится известным. Вторая внешняя кинематическая пара этой группы поступательная с известной (вертикальной) направляющей. Т.е. вращательная кинематическая параFс одной стороны должна вместе с ползуном перемещаться вертикально, а с другой стороны относительно точки Е (в предположении, что она неподвижна) может двигаться только по дуге окружности радиуса ЕF. Поэтому для определения положения кинематической парыF₃из точки Е₃циркулем размером ЕFделаем засечку на вертикали – направляющей ползуна. Соединяя точки Е₃иF₃получаем положение шатуна ЕFи ползуна 5 для заданного положения кривошипа. Аналогично строятся остальные положения механизма.

Построения на ватмане выполняются тонкими линиями и лишь одно положение (любое), обводится толстой линией так, чтобы была видна схема механизма.