Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Курсовой проект по дисциплине «Теория механизмов и машин»

.pdf
Скачиваний:
41
Добавлен:
26.03.2015
Размер:
2 Мб
Скачать

11

Преобразуем систему уравнений (8) с учетом того, что параметры вектора l1 известны:

–l2 ω2 sin 2 –l3 ω3 sin 3 = l1 ω1 sin 1,

( 9 )

 

l2 ω2 cos 2 + l3 ω3 cos 3 = - l1 ω1 cos 1.

 

Система уравнений (9) линейна относительно ω2 и ω3 и легко разрешима.

 

С помощью матричного метода решения системы линейных алгебраических уравнений получаем искомые угловые скорости:

ω2 = 1,599 рад/с; ω3 = 1,604 рад/с.

Для определения угловых ускорений шатуна А2В2 и вектора С1В2 продифференцируем систему уравнений (8) по времени:

–l1 1 sin 1

+ ω12 cos 1) – l2

2 sin 2

+ ω22 cos 2) – l3 3 sin 3

+ ω32 cos 3) = 0,

( 10 )

 

 

 

 

 

l1 1 cos 1 – ω12 sin 1) + l2 2 cos 2 – ω22 sin 2) + l3 3 cos 3 – ω32 sin 3) = 0.

Преобразуем систему уравнений (10) с учетом того, что часть параметров уже известна:

– l2 ε2 sin 2

– l3

ε3 sin 3 = l1

1 sin 1

+ ω12 cos 1) + l2

ω22 cos 2

+ l3

ω32 cos 3,

( 11 )

 

 

 

 

 

 

 

 

l2 ε2 cos 2 + l3 ε3 cos 3 = -l1 1 cos 1 – ω12 sin 1) + l2 ω22 sin 2 + l3 ω32 sin 3.

Система уравнений (11) линейна относительно ε2 и ε3 и легко разрешима. С помощью матричного метода решения системы линейных алгебраических уравнений получаем искомые угловые ускорения:

ε2 = -18,858 рад/с2; ε3 = -18,861 рад/с2.

Для определения кинематических параметров ползуна В2 преобразуем систему уравнений

(7) к виду:

1l cos 1 + 12 cos 2 - XB2 = 0,

( 12 )

 

1l sin 1 + 12 sin 2 - YB2 = 0.

 

Продифференцируем систему уравнений (12) по времени:

 

-l1 ω1 sin 1 –l2 ω2 sin 2 – VB2x= 0,

( 13 )

 

l1 ω1 cos 1 + l2 ω2 cos 2 – VB2y = 0.

 

Можем определить линейную скорость ползуна В2:

 

VB2 = VB2y = l1 ω1 cos 1 + l2 ω2 cos 2 = -0,61 м/с.

 

Теперь продифференцируем систему уравнений (13) по времени:

 

–l1 1 sin 1 + ω12 cos 1) – l2 2 sin 2 + ω22 cos 2) – aB2x = 0,

 

( 14 )

l1 1 cos 1 – ω12 sin 1) + l2 2 cos 2 – ω22 sin 2) - aB2y = 0.

Можем определить линейное ускорение ползуна В2:

aB2 = aB2y = l1 1 cos 1 – ω12 sin 1) + l2 2 cos 2 – ω22 sin 2) = 7,065 м/с2.

12

2.2.2.Метод преобразования координат

Шатун A1B1 - звено механизма с известными кинематическими параметрами движения (полученными в подразделе 2.2.1), требуется определить кинематическое параметры движения центра масс “S2” этого звена в неподвижной системе координат (НСК) OXY.

Введем подвижную локальную систему координат (ЛСК) A1X1Y1, жестко связанную с шатуном и движущуюся вместе с ним. Нам известны: координаты точки A1 (XA1, YA1) начала ЛСК в системе OXY, угловая скорость звена 2, и его угловое ускорение 2.

Координаты точки A1 начала ЛСК в системе OXY:

XA1 = 0; YA1 = -0,08.

Связь между координатами точки, измеренными в разных системах координат, в матричной форме записывается в виде:

xS 2

 

xA1

 

cos

sin xS 21

( 15)

 

 

 

 

 

cos

 

.

 

yS 2

yA1

sin

yS 21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетная схема представлена на рис.6:

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

Y1

 

 

 

 

 

 

 

 

B1

 

 

 

 

X1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S2

YS2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

XS2

0

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1

 

 

 

Рисунок 6

 

 

 

 

Для начала определим величину относительного угла и координаты S2 в ЛСК:

= 2 – 90o = 30,7o

XS21 = 0; YS21 = 0,5 l2 = 0.125

Используя выражение (15) найдем координаты центра масс шатуна 2 в НСК:

XS2 = -0,064; YS2 = 0.028.

Определим проекции линейной скорости точки A1 начала ЛСК в системе OXY, используя данные полученные в предыдущем подразделе:

VA1x = -1l ω1 sin 1 = 0,24 π = 0,754 м/с

VA1y = 1l ω1 cos 1 = 0 м/с

13

Определим проекции линейного ускорения точки A1 начала ЛСК в системе OXY, используя данные полученные в предыдущем подразделе:

aA1x = –l1 1 sin 1 + ω12 cos 1) = 0 м/с2

aA1y = l1 1 cos 1 – ω12 sin 1) = 0,72 π2 = 7,106 м/с2

Продифференцируем выражение (15) по времени для определения проекций скоростей S2:

 

 

 

 

 

sin

cos

 

( 16)

V S 2 x

V A1x

 

 

cos

xS 21 ,

V S 2 y

V A1y

 

2

sin y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S 21

 

Используя выражение (16) и полученные ранее величины проекций линейной скорости точки A1 найдем величины проекций линейной скорости центра масс шатуна 2 в НСК:

VS2x = 0,485 м/с; VS2y = -0,159 м/с.

Продифференцируем выражение (16) по времени для определения проекций ускорений S2:

aS 2 x aA1xaS 2 y aA1y

 

 

sin

 

 

 

cos

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

cossin

 

xS 21

2

cos

 

y

 

2

 

sin

 

 

S 21

 

 

 

sincos

xS 21

( 17)

 

 

 

y

 

 

.

 

 

S 21

 

Используя выражение (17) и полученные ранее величины проекций линейного ускорения точки A1 найдем величины проекций линейного ускорения центра масс шатуна 2 в НСК:

aS2x = -1,015 м/с2; aS2y = 5,596 м/с2.

14

2.3.Кинематические диаграммы

В данном разделе представлены графики и таблицы изменения кинематических параметров движения звеньев за полный оборот входного кривошипа (из программы Mechanic)

а) Перемещение, скорость и ускорение ползуна 5

Таблица 1

Рисунок 7

15

б) Угол поворота, угловая скорость и угловое ускорение шатуна 2

Таблица 2

Рисунок 8

16

в) Угол поворота, угловая скорость и угловое ускорение коромысла 3

Таблица 3

Рисунок 9

17

г) Угол поворота, угловая скорость и угловое ускорение шатуна 4

Параметры вращения 1-го звена CГ2

угол поворота - в отсчете от оси Xo НСК, гр.

i

t

Fi1

Fi

Om

Ep

0.

0.00

0.00

100.245

0.03

100.24

1.

0.02

10.00

100.244

-0.03

100.24

2.

0.04

20.00

100.190

-0.06

100.19

3.

0.06

30.00

100.140

-0.02

100.14

4.

0.07

40.00

100.171

0.09

100.17

5.

0.09

50.00

100.362

0.28

100.36

6.

0.11

60.00

100.778

0.51

100.78

7.

0.13

70.00

101.461

0.78

101.46

8.

0.15

80.00

102.425

1.04

102.43

9.

0.17

90.00

103.659

1.28

103.67

10.

0.19

100.00

105.128

1.48

105.14

11.

0.20

110.00

106.776

1.62

106.79

12.

0.22

120.00

108.532

1.68

108.54

13.

0.24

130.00

110.316

1.67

110.33

14.

0.26

140.00

112.047

1.58

112.06

15.

0.28

150.00

113.645

1.42

113.65

16.

0.30

160.00

115.040

1.20

115.05

17.

0.31

170.00

116.172

0.93

116.18

18.

0.33

180.00

116.995

0.62

117.00

19.

0.35

190.00

117.476

0.28

117.48

20.

0.37

200.00

117.593

-0.06

117.59

21.

0.39

210.00

117.338

-0.42

117.34

22.

0.41

220.00

116.709

-0.77

116.71

23.

0.43

230.00

115.716

-1.10

115.72

24.

0.44

240.00

114.379

-1.41

114.39

25.

0.46

250.00

112.732

-1.68

112.74

26.

0.48

260.00

110.831

-1.89

110.85

27.

0.50

270.00

108.759

-2.00

108.78

28.

0.52

280.00

106.632

-1.98

106.65

29.

0.54

290.00

104.604

-1.81

104.62

30.

0.56

300.00

102.843

-1.48

102.85

31.

0.57

310.00

101.498

-1.04

101.50

32.

0.59

320.00

100.640

-0.58

100.64

33.

0.61

330.00

100.231

-0.21

100.23

34.

0.63

340.00

100.137

0.01

100.14

35.

0.65

350.00

100.187

0.07

100.19

36.

0.67

360.00

100.245

0.03

100.24

Таблица 4

Рисунок 10

18

д) Скорости и ускорения центра масс звена шатун 2 (только таблицы)

Параметры движения центра масс, 1-e звено CГ1 координаты точки в ЛСК: X=0.125 Y= 0

Проекции скорости в НСК и полная скорость

i

t

Fi1

Vx

Vy

|V|

0.

0.00

0.00

-0.34

-0.11

0.35

1.

0.02

10.00

-0.31

-0.27

0.41

2.

0.04

20.00

-0.27

-0.41

0.49

3.

0.06

30.00

-0.21

-0.53

0.57

4.

0.07

40.00

-0.14

-0.62

0.64

5.

0.09

50.00

-0.07

-0.69

0.69

6.

0.11

60.00

0.02

-0.73

0.73

7.

0.13

70.00

0.11

-0.74

0.75

8.

0.15

80.00

0.20

-0.73

0.76

9.

0.17

90.00

0.28

-0.70

0.75

10.

0.19

100.00

0.35

-0.65

0.73

11.

0.20

110.00

0.41

-0.58

0.71

12.

0.22

120.00

0.46

-0.49

0.67

13.

0.24

130.00

0.48

-0.40

0.63

14.

0.26

140.00

0.50

-0.30

0.58

15.

0.28

150.00

0.49

-0.20

0.53

16.

0.30

160.00

0.47

-0.10

0.48

17.

0.31

170.00

0.44

0.00

0.44

18.

0.33

180.00

0.39

0.10

0.40

19.

0.35

190.00

0.33

0.19

0.38

20.

0.37

200.00

0.26

0.28

0.38

21.

0.39

210.00

0.18

0.36

0.40

22.

0.41

220.00

0.09

0.43

0.43

23.

0.43

230.00

0.00

0.49

0.49

24.

0.44

240.00

-0.09

0.54

0.55

25.

0.46

250.00

-0.18

0.59

0.62

26.

0.48

260.00

-0.26

0.64

0.69

27.

0.50

270.00

-0.34

0.67

0.75

28.

0.52

280.00

-0.39

0.70

0.80

29.

0.54

290.00

-0.43

0.71

0.83

30.

0.56

300.00

-0.44

0.69

0.82

31.

0.57

310.00

-0.44

0.64

0.77

32.

0.59

320.00

-0.42

0.54

0.68

33.

0.61

330.00

-0.39

0.40

0.56

34.

0.63

340.00

-0.37

0.24

0.44

35.

0.65

350.00

-0.36

0.06

0.36

36.

0.67

360.00

-0.34

-0.12

0.36

Проекции

ускорения в

НСК и полное ускорение

 

i

t

Fi1

Wx

Wy

|W|

0.

0.00

0.00

1.15

-9.30

9.37

1.

0.02

10.00

1.85

-8.16

8.36

2.

0.04

20.00

2.57

-6.94

7.40

3.

0.06

30.00

3.31

-5.61

6.51

4.

0.07

40.00

3.97

-4.20

5.78

5.

0.09

50.00

4.46

-2.80

5.27

6.

0.11

60.00

4.74

-1.42

4.95

7.

0.13

70.00

4.79

-0.09

4.79

8.

0.15

80.00

4.60

1.15

4.74

9.

0.17

90.00

4.20

2.28

4.78

10.

0.19

100.00

3.61

3.27

4.87

11.

0.20

110.00

2.87

4.10

5.01

12.

0.22

120.00

2.03

4.75

5.16

13.

0.24

130.00

1.12

5.21

5.33

14.

0.26

140.00

0.21

5.49

5.49

15.

0.28

150.00

-0.68

5.59

5.64

16.

0.30

160.00

-1.52

5.55

5.75

17.

0.31

170.00

-2.29

5.38

5.84

18.

0.33

180.00

-2.97

5.11

5.91

19.

0.35

190.00

-3.56

4.77

5.95

20.

0.37

200.00

-4.07

4.38

5.98

21.

0.39

210.00

-4.47

3.97

5.98

22.

0.41

220.00

-4.75

3.56

5.94

23.

0.43

230.00

-4.91

3.18

5.85

24.

0.44

240.00

-4.91

2.82

5.66

25.

0.46

250.00

-4.71

2.50

5.33

26.

0.48

260.00

-4.27

2.16

4.78

27.

0.50

270.00

-3.55

1.72

3.94

28.

0.52

280.00

-2.55

1.02

2.74

29.

0.54

290.00

-1.35

-0.13

1.36

30.

0.56

300.00

-0.16

-1.84

1.85

31.

0.57

310.00

0.75

-4.05

4.12

32.

0.59

320.00

1.19

-6.35

6.46

33.

0.61

330.00

1.17

-8.29

8.37

34.

0.63

340.00

1.03

-9.34

9.39

35.

0.65

350.00

1.00

-9.63

9.68

36.

0.67

360.00

1.07

-9.55

9.61

Таблица 5

19

е) Скорости и ускорения центра масс звена коромысло 3 (только таблицы)

Параметры движения центра масс, 2-e звено CГ1 координаты точки в ЛСК: X=-0.168 Y= 0

 

Проекции скорости в НСК и полная скорость

 

Проекции ускорения в НСК и полное ускорение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

t

Fi1

Vx

Vy

|V|

 

i

t

Fi1

Wx

Wy

|W|

 

 

 

 

 

 

 

0.

0.00

0.00

0.01

0.07

0.07

 

0.

0.00

0.00

-0.63

-8.48

8.50

 

 

 

 

 

 

 

1.

0.02

10.00

-0.00

-0.07

0.07

 

1.

0.02

10.00

-0.35

-7.40

7.41

2.

0.04

20.00

-0.01

-0.20

0.20

 

2.

0.04

20.00

0.02

-6.27

6.27

3.

0.06

30.00

-0.00

-0.31

0.31

 

3.

0.06

30.00

0.50

-5.07

5.10

4.

0.07

40.00

0.01

-0.39

0.39

 

4.

0.07

40.00

1.01

-3.87

4.00

5.

0.09

50.00

0.03

-0.45

0.45

 

5.

0.09

50.00

1.42

-2.72

3.07

6.

0.11

60.00

0.06

-0.49

0.49

 

6.

0.11

60.00

1.67

-1.65

2.35

7.

0.13

70.00

0.10

-0.51

0.52

 

7.

0.13

70.00

1.75

-0.66

1.87

8.

0.15

80.00

0.13

-0.51

0.53

 

8.

0.15

80.00

1.66

0.23

1.68

9.

0.17

90.00

0.16

-0.50

0.53

 

9.

0.17

90.00

1.41

1.01

1.74

10.

0.19

100.00

0.18

-0.48

0.51

 

10.

0.19

100.00

1.03

1.65

1.95

11.

0.20

110.00

0.19

-0.44

0.48

 

11.

0.20

110.00

0.57

2.16

2.23

12.

0.22

120.00

0.20

-0.40

0.45

 

12.

0.22

120.00

0.06

2.52

2.52

13.

0.24

130.00

0.20

-0.35

0.40

 

13.

0.24

130.00

-0.44

2.75

2.78

14.

0.26

140.00

0.18

-0.30

0.35

 

14.

0.26

140.00

-0.90

2.85

2.99

15.

0.28

150.00

0.16

-0.24

0.29

 

15.

0.28

150.00

-1.29

2.87

3.15

16.

0.30

160.00

0.14

-0.19

0.23

 

16.

0.30

160.00

-1.60

2.82

3.24

17.

0.31

170.00

0.10

-0.14

0.17

 

17.

0.31

170.00

-1.82

2.75

3.30

18.

0.33

180.00

0.07

-0.09

0.11

 

18.

0.33

180.00

-1.97

2.69

3.33

19.

0.35

190.00

0.03

-0.04

0.05

 

19.

0.35

190.00

-2.06

2.66

3.36

20.

0.37

200.00

-0.01

0.01

0.01

 

20.

0.37

200.00

-2.11

2.68

3.41

21.

0.39

210.00

-0.05

0.06

0.08

 

21.

0.39

210.00

-2.12

2.79

3.50

22.

0.41

220.00

-0.09

0.11

0.14

 

22.

0.41

220.00

-2.11

2.97

3.65

23.

0.43

230.00

-0.12

0.17

0.21

 

23.

0.43

230.00

-2.04

3.25

3.84

24.

0.44

240.00

-0.16

0.23

0.28

 

24.

0.44

240.00

-1.91

3.62

4.09

25.

0.46

250.00

-0.19

0.30

0.36

 

25.

0.46

250.00

-1.64

4.03

4.35

26.

0.48

260.00

-0.22

0.38

0.44

 

26.

0.48

260.00

-1.20

4.40

4.56

27.

0.50

270.00

-0.24

0.47

0.52

 

27.

0.50

270.00

-0.50

4.59

4.62

28.

0.52

280.00

-0.24

0.55

0.60

 

28.

0.52

280.00

0.45

4.35

4.38

29.

0.54

290.00

-0.22

0.62

0.66

 

29.

0.54

290.00

1.56

3.41

3.74

30.

0.56

300.00

-0.18

0.67

0.69

 

30.

0.56

300.00

2.55

1.55

2.99

31.

0.57

310.00

-0.13

0.68

0.69

 

31.

0.57

310.00

3.07

-1.12

3.26

32.

0.59

320.00

-0.07

0.63

0.63

 

32.

0.59

320.00

2.85

-4.07

4.97

33.

0.61

330.00

-0.03

0.53

0.53

 

33.

0.61

330.00

1.97

-6.64

6.93

34.

0.63

340.00

0.00

0.39

0.39

 

34.

0.63

340.00

0.91

-8.14

8.19

35.

0.65

350.00

0.01

0.23

0.23

 

35.

0.65

350.00

0.01

-8.70

8.70

36.

0.67

360.00

0.00

0.07

0.07

 

36.

0.67

360.00

-0.73

-8.81

8.84

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6

20

ж) Скорости и ускорения центра масс звена шатун 4 (только таблицы)

Параметры движения центра масс, 1-e звено CГ2 координаты точки в ЛСК: X=0.125 Y= 0

 

Проекции скорости в НСК и полная скорость

Проекции ускорения в НСК и полное ускорение

i

t

Fi1

Vx

Vy

|V|

i

t

Fi1

Wx

Wy

|W|

0.

0.00

0.00

0.01

0.15

0.15

0.

0.00

0.00

-0.63

-16.84

16.85

1.

0.02

10.00

-0.00

-0.15

0.15

1.

0.02

10.00

-0.35

-14.73

14.74

2.

0.04

20.00

-0.01

-0.40

0.40

2.

0.04

20.00

0.02

-12.54

12.54

3.

0.06

30.00

-0.00

-0.61

0.61

3.

0.06

30.00

0.50

-10.23

10.24

4.

0.07

40.00

0.01

-0.78

0.78

4.

0.07

40.00

1.01

-7.92

7.98

5.

0.09

50.00

0.03

-0.90

0.90

5.

0.09

50.00

1.42

-5.71

5.89

6.

0.11

60.00

0.06

-0.99

0.99

6.

0.11

60.00

1.67

-3.64

4.01

7.

0.13

70.00

0.10

-1.04

1.04

7.

0.13

70.00

1.75

-1.75

2.47

8.

0.15

80.00

0.13

-1.06

1.06

8.

0.15

80.00

1.66

-0.04

1.66

9.

0.17

90.00

0.16

-1.04

1.05

9.

0.17

90.00

1.41

1.46

2.03

10.

0.19

100.00

0.18

-1.00

1.02

10.

0.19

100.00

1.03

2.74

2.93

11.

0.20

110.00

0.19

-0.94

0.96

11.

0.20

110.00

0.57

3.80

3.85

12.

0.22

120.00

0.20

-0.86

0.89

12.

0.22

120.00

0.06

4.65

4.65

13.

0.24

130.00

0.20

-0.77

0.80

13.

0.24

130.00

-0.44

5.29

5.30

14.

0.26

140.00

0.18

-0.67

0.69

14.

0.26

140.00

-0.90

5.74

5.81

15.

0.28

150.00

0.16

-0.56

0.58

15.

0.28

150.00

-1.29

6.03

6.17

16.

0.30

160.00

0.14

-0.45

0.47

16.

0.30

160.00

-1.60

6.20

6.40

17.

0.31

170.00

0.10

-0.33

0.35

17.

0.31

170.00

-1.82

6.28

6.54

18.

0.33

180.00

0.07

-0.21

0.23

18.

0.33

180.00

-1.97

6.33

6.62

19.

0.35

190.00

0.03

-0.10

0.10

19.

0.35

190.00

-2.06

6.38

6.70

20.

0.37

200.00

-0.01

0.02

0.02

20.

0.37

200.00

-2.11

6.47

6.81

21.

0.39

210.00

-0.05

0.14

0.15

21.

0.39

210.00

-2.12

6.65

6.98

22.

0.41

220.00

-0.09

0.27

0.28

22.

0.41

220.00

-2.11

6.93

7.24

23.

0.43

230.00

-0.12

0.40

0.42

23.

0.43

230.00

-2.04

7.32

7.60

24.

0.44

240.00

-0.16

0.54

0.56

24.

0.44

240.00

-1.91

7.82

8.05

25.

0.46

250.00

-0.19

0.69

0.72

25.

0.46

250.00

-1.64

8.35

8.52

26.

0.48

260.00

-0.22

0.85

0.88

26.

0.48

260.00

-1.20

8.78

8.86

27.

0.50

270.00

-0.24

1.01

1.04

27.

0.50

270.00

-0.50

8.82

8.84

28.

0.52

280.00

-0.24

1.17

1.19

28.

0.52

280.00

0.45

8.06

8.07

29.

0.54

290.00

-0.22

1.30

1.32

29.

0.54

290.00

1.56

5.98

6.18

30.

0.56

300.00

-0.18

1.38

1.39

30.

0.56

300.00

2.55

2.24

3.40

31.

0.57

310.00

-0.13

1.38

1.38

31.

0.57

310.00

3.07

-3.00

4.29

32.

0.59

320.00

-0.07

1.27

1.27

32.

0.59

320.00

2.85

-8.71

9.17

33.

0.61

330.00

-0.03

1.06

1.06

33.

0.61

330.00

1.97

-13.65

13.79

34.

0.63

340.00

0.00

0.78

0.78

34.

0.63

340.00

0.91

-16.43

16.46

35.

0.65

350.00

0.01

0.46

0.46

35.

0.65

350.00

0.01

-17.40

17.40

36.

0.67

360.00

0.00

0.14

0.14

36.

0.67

360.00

-0.73

-17.50

17.51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 7