Задание:
1. Провести структурный анализ, двух исполнительных механизмов (в дальнейшем двух прототипов).
2. Составить уравнения геометрического анализа (групповые уравнения), связывающие входные и выходные (групповые) координаты структурных групп обоих механизмов.
3. Аналитически решить групповые уравнения. При этом следует выделить основное решение и отбросить побочные решения, соответствующие иным сборкам звеньев.
4. Установить, при всех ли заданных входных координатах механизмов определяются функции положения выходных звеньев, а значит, – существуют механизмы и структурные группы.
Проверить построение зависимостей в MathCAD: подкоренные выражения должны быть неотрицательными; синусы и косинусы определяемых углов по модулю не должны превышать единицу.
5. Получить зависимости первых и вторых производных от функций положения по входной координате.
6. Определить наибольшее и наименьшее значение функции положения выходного звена каждого механизма, соответствующие крайним положениям механизмов.
7. Из геометрических
построений определить входные координаты,
соответствующие крайним положениям
механизмов. Эти координаты делят полный
угол поворота кривошипа
на два центральных угла. Меньший
центральный угол соответствует холостому
ходу,
а больший центральный угол рабочему
ходу
выходного звена.
8. Изобразить
механизмы в расчетном
положении, в котором
,
а выходное звено находится на рабочем
ходе. Графическим
методом определить координаты звеньев
механизма и сравнить их с координатами,
полученными аналитическим
методом.
9. Найти критерии
качества кинематической схемы для
каждого механизма: а)
–
ход
выходного звена; б)
–
коэффициент
изменения средней скорости выходного
звена
(коэффициент
производительности).
10. Если заданные
ранее постоянные геометрические
параметры кинематической схемы не
отвечают критериям качества технического
задания, то необходимо их подобрать,
так чтобы реализовался требуемый ход
выходного звена и коэффициент
.
--------------------------------------------------------------------------------------------
11. Оценить
функциональные
возможности
«новых» механизмов, т.е. найти: а)
–
критерий качества передачи движения,
характеризующий соотношение между
внешними усилиями на входе и выходе; б)
–
критерий качества передачи движения,
характеризующий относительный уровень
внутренних сил (реакций); в) габариты
исполнительного механизма, при заданном
–
ходе
выходного звена и
–
коэффициенте
изменения средней скорости выходного
звена
(коэффициенте
производительности).
---------------------------------------------------------------------------------------------
12. Составить таблицу сравнений двух прототипов по критериям качества и выбрать наилучший механизм.
13. Построить 12 планов положений выбранного механизма, а также два положения, соответствующие крайним положениям (совместно, расчетное положение и крайние выделить тоном).
14. По
техническому заданию найти угловую
скорость кривошипа
.
15. По заданному значению угловой скорости кривошипа провести кинематический анализ выбранного механизма графо-аналитическим методом.
16. Найти скорости и ускорения звеньев механизма и его шарнирных точек при помощи планов скоростей и ускорений (в заданном положении).
17. Сравнить кинематические параметры механизма, полученные аналитическим и графоаналитическим методами с помощью таблицы.
18. По нагрузочной
(индикаторной) диаграмме определить
зависимость рабочей
нагрузки
от входной координаты q.
19. В расчетном положении графоаналитическим методом провести статический расчет механизма, т.е. определить реакции в кинематических парах и уравновешивающий момент.
20. Найти инерционные характеристики механизма: а) массы звеньев, б) осевые моменты инерции вращающихся звеньев; силы тяжести звеньев; проекции сил инерции и моменты сил инерции.
21. Для структурных групп механизма в направлении, обратном его образованию, составить уравнения кинетостатики и решить их.
22. Из уравнений кинетостатики отдельных звеньев определить внутренние усилия в группе.
23. С помощью уравнений кинетостатики кривошипа определить движущий момент.
24. Найти движущий момент с помощью общего уравнения динамики (уравнения Лагранжа-Даламбера).
---------------------------------------------------------------------------------------------
25. Определить потребную мощность двигателя.
26. По потребной мощности с помощью каталога выбрать приводной двигатель.
27. Указать типоразмер
двигателя и его параметры: а) номинальную
мощность двигателя
(Вт);
б) номинальное число оборотов ротора
двигателя
(об/мин);
в) коэффициент перегрузки
;
г) номинальную силу тока
(А);
д) активное сопротивление якорной цепи
(Ом);
е) реактивное сопротивление якорной
цепи
(Гн);
ж) номинальное напряжение
(В);
з) осевой момент инерции ротора двигателя
(
).
28. Проверить условие загрузки двигателя.
29. Определить параметры двигателя: а) число оборотов в минуту на холостом ходу; б) электромагнитную постоянную времени; в) крутизну статической характеристики двигателя.
30. Определить передаточное число редуктора.
31. Определить проекции главного вектора сил инерции механизма путем суммирования соответствующих проекций отдельных звеньев.
32. Построить в одном масштабе годограф главного вектора сил инерции
33. Разложить проекции главного вектора сил инерции в ряд Фурье с точностью до пяти гармоник и определить коэффициенты ряда.
34. По полученным коэффициентам определить наиболее «опасные» гармоники. Для этого в одном масштабе построить пять эллиптических гармоник.
35. Для «опасных»
гармоник определить коэффициенты
круговых гармоник, их модули, начальные
углы
и углы наклона большой оси эллипса
.
С их помощью можно определить модули
круговых гармоник (их радиусы), начальные
углы круговых гармоник, а также угол
наклона большой оси эллипса, соответствующий
-
ой гармонике. Чаще всего «опасной»
является первая гармоник, т.е.
.
36. На отдельном
рисунке в одном масштабе построить
годограф каждой эллиптической гармоники,
провести большую ось эллипса, построить
две круговые гармоники и проиллюстрировать
условие:
.
37. Найти массы
противовесов и начальные углы их
установки. В проекте за плечо противовеса
можно принять длину кривошипа
.
38. Изобразить схему установки противовесов.
39. Найти усилия, передаваемые на корпус машины, после постановки противовесов.
40. По построенным годографам оценить целесообразность постановки круговых противовесов.
---------------------------------------------------------------------------------------------
41. Нарисовать схему машинного агрегата и записать дифференциальные уравнения движения машины, указать параметры, входящие в эти уравнения.
42. Составить
выражения для кинетической энергии
звеньев машины,
откуда определить функцию
приведенного
момента инерции
.
43. Полученную функцию с целью упрощения динамических расчетов разложить в ряд Фурье с точностью до пяти гармоник.
44. Определить производную от приведенного момента инерции по обобщенной координате.
45. Определить приведенный момент сил сопротивления как коэффициент при вариации обобщенной координаты в выражении для возможной работы активных сил сопротивления (рабочей нагрузки и сил тяжести):
46. Определить приведенную статическую характеристику двигателя как обобщенную движущую силу.
47. Разложить возмущающий момент на программном движении в ряд Фурье с точностью до пяти гармоник.
48. Найти динамическую ошибку по углу с точностью до пяти гармоник и динамическую ошибку по скорости (с учетом статической и динамической характеристики двигателя).
49. В технических
требованиях к машине часто задаются
допустимые значения максимальных
динамических ошибок, оцениваемые
коэффициентом
неравномерности вращения
входного звена
.
Сравнить полученное
с допустимым
(с учетом
статической и динамической характеристики
двигателя).
50. Определить переменную часть движущего момента с точностью до пяти гармоник (с учетом статической и динамической характеристики двигателя).
51. Найти закон изменения движущего момента при учете статической и динамической характеристики двигателя.
52. Определить крутящий момент в передаточном механизме с точностью до пяти гармоник.
53. Проверить основное требование конструирования: знакопостоянство крутящего момента, обеспечивающее отсутствие перекладки зазоров в зубчатых передачах редуктора.
54. Улучшить показатели качества машины с помощью маховиков, тормоза.
Содержание листов
1 лист:
- схема первого прототипа.
- схема второго прототипа.
- план двенадцати положений выбранного прототипа (с двумя крайними).
- план скоростей и ускорений выбранного прототипа в промежуточном положении.
- графики функций положения, аналога скорости, аналога ускорения для двух прототипов (из MathCAD).
2 лист:
- схема приложения активных сил к механизму в кинетостатическом расчете.
- схема приложения сил по структурным группам (активные и реактивные усилия).
- графоаналитическое решение уравнений статики.
- зависимость величины рабочей нагрузки от угла поворота кривошипа, совместно с аналогом скорости выходного звена.
- зависимость движущего момента, найденного двумя способами, от угла поворота кривошипа.
- годограф главного вектора сил инерции до и после установки противовесов.
- схема установки противовесов.
3 лист:
- график переменной части приведенного момента инерции, найденный аналитически и разложенный в ряд Фурье.
- график производной переменного момента инерции.
- график приведенного момента сил сопротивления найденный аналитически и разложенный в ряд Фурье, а также его постоянная составляющая.
- график возмущающего момента и приведенного момента сил сопротивления.
- график движущего момента, найденный в кинетостатическом расчете, а также с учетом статической и динамической характеристики двигателя.
- график динамической ошибки по углу с учетом статической и динамической характеристики двигателя.
- график динамической ошибки по скорости с учетом статической и динамической характеристики двигателя.
- график момента в передаточном механизме до и после модификации.