4.3 Силовой расчет ведущего звена при холостом ходе

Строим план ведущего звена (лист 2) в масштабе длин=0,005м/мм. К звену ОА проложим силы: в центре масс S₂ силу тяжести G₂ = 156,96 H центробежную силу инерции направленную противоположно ускорению центра масс, в точке A приложим реакцию со стороны третьего звена.

1. Рассмотрим условие равновесия моментов сил относительно точки O:

∑M_о(2) = 0,

R₃₂∙h₃₂ − G₂∙h_G2 + F_ур∙h_ур = 0,

F_ур = (−R₃₂∙h₃₂ + G₂∙h_G2 ) ⁄ h_ур = (1569,6 - 8844 мм) ⁄ 35 мм = -297,5 Н.

2. Реакцию со стороны стойки R₁₂ определим из условия рав­новесия сил, действующих на второе звено, по уравнению (4.2):

∑F₍₂₎ = 0,

R₃₂ + G₂ + F_и2 + F_ур + R₁₂ = 0.

Для построения плана сил примем масштабный коэффициент сил

μ_F = 6 Н/мм.

Длины векторов сил равны:

R₃₂ = R₃₂ ⁄ μ_F = 402 Н ⁄ 6 Н/мм = 67 мм,

G₂ = G₂ ⁄ μ_F = 156,96 Н ⁄ 30 Н/мм = 5,23 мм,

F_и2 = F_и2 ⁄ μ_F = 396,76 Н ⁄ 6 Н/мм = 61,62 мм,

F_ур = F_ур ⁄ μ_F = 297,5 Н ⁄ 6 Н/мм = 49,5 мм

Строим план сил. Из точки М последовательно вектор за вектором откладываем векторы сил и из чертежа находим длину замыкающего вектора R₁₂ = 43 мм. Реакция со стороны стойки равна:

R₁₂ = R₁₂∙μ_F = 95 мм ∙6 Н/мм = 570 Н.

Уравновешивающий момент М_ур равный

М_ур = F_ур∙ℓ_ОА = 297,5 Н ∙0,175 м = 52,1 Н∙м.

соответствует движущему (крутящему) моменту. Мгновенная мощность во 2-м положении механизма равна:

Р_дв(2) = М_ур∙ω₂ = 52,1 Н∙м ∙885,7 рад/с ≈ 0,9 кВт.

Таблица 4.2

Исходные, промежуточные, результирующие данные по силовому расчету механизма во 2-м и 9-м положении

№	Наименование параметра	Обозначение	Размерность	Значение
				полож. №2	полож. №9
1	2	3	4	5	6
Силовой расчет диады 3 − 4
1	Плечо силы инерции шатуна относительно точки В	hu3	мм	114		114,5
2	Плечо силы тяжести шатуна относительно точки B	hG3	мм	80		110,67
3	Длина шатуна	AB	мм	200		200
4	Тангенциальная составляющая реакции в КП A	R23t	Н	−92,18		77,277
5	Плечо силы инерции коромысла относительно точки В	hu4	мм	49		20
6	Плечо силы тяжести коромысла относительно точки В	hG4	мм	4		13
7	Длина коромысла	BC	мм	112		112
8	Тангенциальная составляющая реакции в КП С	R14t	Н	5429		23,3
9	Масштабный коэффициент плана сил диады 3−4	μF(3,4)	Н/мм	27,1		4,66
10	Чертежная длина вектора реакции	R23t	мм	7,72		16,58
11	Вектор силы тяжести шатуна	G3	мм	5,43		31,58
12	Вектор силы инерциии шатуна	Fu3	мм	2,65		66,3
13	Вектор силы тяжести коромысла	G4	мм	4,7		27,37
14	Вектор тангенциальной составляющей реакции	R14t	мм	200		5
15	Вектор силы инерции коромысла	Fu4	мм	9,55		16,46
1	2	3	4	5		6
16	Реакция КП С	R14	Н	7317		43,8
17	Реакция КП А	R23	Н	7046		151,45
18	Реакция КП В	R43	Н	7181,5		93,2
19	Вектор реакции в КП В	R43	мм	265		20
Силовой расчет начального звена
20	Плечо реакции КП А относительно точки О	h32	мм	55,2		41,8
21	Плечо силы тяжести кривошипа относительно точки О	hG2	мм	22,2		11,3
22	Длина кривошипа	OA	мм	56		56
23	Уравновешивающая сила	Fур	Н	6985		133,4
24	Масштабный коэффициент плана сил	μF1	Н/мм	27,1		4,66
25	Вектор реакции в КП A	R32	мм	260		32,5
26	Вектор силы тяжести кривошипа	G2	мм	3,73		6,65
27	Вектор силы инерции кривошипа	Fu2	мм	4,84		28,2
28	Вектор уравновешивающей силы	Fур	мм	257,75		28,6
29	Реакция в КП О	R12	Н	810,3		200
30	Уравновешивающий момент	Mур	Н∙м	978		18,67
31	Мощность электродвигателя	Pдв	Вт	13203		252

Результаты силовых расчетов сводим в таблицу 4.3.

Таблица 4.3

Реакции в кинематических парах

№ положения	Ход механизма
2	рабочий	978	810,3	7046	7181,5	7317
9	холостой	18,67	200	151,45	93,2	43,8

Заключение:

Инженер-конструктор должен владеть современными методами расчета и конструирования новых быстроходных автоматизированных и высокопроизводительных машин. Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям – безопасности обслуживающего персонала; эксплуатационным, экономическим, технологическим и производственным требованиям. Эти требования представляют сложный комплекс задач, которые должны быть решены в процессе проектирования новой машины.

Решение этих задач на начальной стадии проектирования состоит в выполнении анализа и синтеза проектируемой машины, а также в разработке ее кинематической схемы, обеспечивающей с достаточным приближением воспроизведение требуемого закона движения.

Курсовое проектирование способствует закреплению, углублению и обобщению теоретических знаний, а также применению этих знаний к комплексному решению конкретной инженерной задачи по исследованию и расчету механизмов и машин; оно развивает творческую инициативу и самостоятельность, повышает интерес к изучению дисциплины и прививает некоторые навыки научно-исследовательской работы. Учебная и инженерная ценность курсового проекта определяется в значительной степени комплексностью проектного задания и реальностью объектов проектирования.

При решении задач проектирования кинематических схем механизмов учтены структурные, метрические, кинематические и динамические условия, обеспечивающие воспроизведение проектируемым механизмом заданного закона движения.

Современные методы кинематического и кинетостатического анализов, а в значительной степени и методов синтеза механизмов определяются его структурой, т. е. способом его образования.

Закон движения представлен диаграммой перемещения звена в функции угла поворота при его равномерном вращении, графиком скорости и графиком тангенциальных ускорений в функции того же угла.

Кроме построения графиков углов передачи, целесообразно было также для двух-трех характерных положений найти скорости и ускорения звена аналитическим методом; по этим скоростям и ускорениям можно судить об имеющих место отклонениях от заданного закона движения звена, т. е. можно сделать вывод, что значения скоростей и ускорений взятые из планов скоростей и ускорений имеют достаточно большую погрешность, что свидетельствует о неточности определение скоростей и ускорений точек механизма графическим методом.

Структурный анализ дает возможность определить порядок и методы кинематического анализа. Задачи кинематики комплексно связаны с задачами кинетостатического анализа. Произведенный структурный анализ позволяет решить задачу кинетостатического расчета в последовательности, обратной порядку кинематического исследования; т. е. начиная расчет с последней, считая от ведущего звена, ассуровой группы и кончая расчетом ведущего звена.

Кинетостатический расчет дает возможность определить реакции в кинематических парах, уравновешивающий момент и уравновешивающую силу на ведущем звене и усилия, действующие на отдельные звенья механизма. Эти условия необходимы при расчете звеньев на прочность и определение их рациональных конструктивных форм.