Исследование рычажного механизма рабочей установки

Структурный анализ рычажного механизма рабочей машины, его кинематическое и динамическое исследование. Кривошипно-ползунный механизм, его подвижные соединения. Построение планов механизма, скоростей и ускорений. Силовой расчет рычажного механизма.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 27.05.2015
Размер файла 314,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

  • Введение
  • 1. Структурный анализ рычажного механизма
  • 2. Кинематическое исследование рычажного механизма
  • 2.1 Построение планов механизма
  • 2.2 Построение планов скоростей
  • 2.3 Построение планов ускорений
  • 3. Силовой расчет рычажного механизма
  • Заключение
  • Список используемой литературыэ

Введение

В данном курсовом проекте требуется исследовать рычажный механизм, который включает вопросы по структурному, кинематическому и динамическому исследованию механизма заданной рабочей машины.

Исследование рычажного механизма выполняется графоаналитическим методом: в пояснительной записке приводятся аналитические зависимости определения параметров механизма, результаты расчетов, их анализ, а графическое решение поставленных задач оформляется как приложение в виде чертежа.

1. Структурный анализ рычажного механизма

Рассмотрим кривошипно-ползунный механизм.

Пронумеровав звенья механизма, находим их подвижные соединения (кинематические пары), которые обозначаем заглавными буквами латинского алфавита.

Рисунок 1. Механизм дизель-воздуходувной установки

Данный механизм состоит из следующих звеньев:

1 - звено О1А - кривошип

2 - звено АВ - шатун

3 - звено В - ползун

4 - звено АС - шатун

5 - звено С - ползун

Таблица 1.1

Схема

Номера звеньев,

название

Класс,

подвижность

Вид контакта,

замыкание

0-1

вращательная

5/1

поверхность низшая, геометрическое

1-2

вращательная

5/1

поверхность низшая,

геометрическое

2-3

вращательная

5/1

поверхность низшая,

геометрическое

0-3

поступательная

5/1

поверхность низшая,

геометрическое

1-4

вращательная

5/1

поверхность низшая,

геометрическое

4-5

вращательная

5/1

поверхность низшая,

геометрическое

5-0

поступательная

5/1

поверхность низшая,

геометрическое

Определим степень подвижности механизма W по формуле Чебышева:

W=3n-2P5, (1.1)

W=3·5-2·7=1

где n=5 - число подвижных звеньев;

P5=7 - число кинематических пар 5-го класса.

рычажный механизм скорость ускорение

Выделяем первую структурную группу, состоящую из звеньев 4 и 5 и определяем ее подвижность по формуле (1.1):

W=3·2-2·3=0

Данная группа является структурной группой Ассура.

Выделяем вторую структурную группу, состоящую из звеньев 2 и 3, и определяем ее подвижность:

W=3·2-2·3=0

Данная группа является структурной группой Ассура.

Выделяем третью структурную группу, состоящую из звеньев 0 и 1, и определяем ее подвижность:

W=3·1-2·1=1

Данная группа является первичным механизмом.

Кривошипно-ползунный механизм образован первичным механизмом и двумя структурными группами:

М=ПМ+СГ1+СГ2.

2. Кинематическое исследование рычажного механизма

2.1 Построение планов механизма

Для построения планов механизма задаемся крайним положением кривошипа. Кривошип и ползун находятся на одной линии.

Строим план положений для восьми положений кривошипа.

Для построения чертежа возьмем отрезок, который будет изображать кривошип ОА на чертеже, равным 30 миллиметров.

Определим масштабный коэффициент:

мL==0,003 м/мм

Представим размеры остальных звеньев в виде отрезков:

АВ=ВС===120 мм

Расстояние центров масс:

LAS2= LAS4==40 мм

Нанесем на чертеж неподвижную точку О - центр вращения звеньев механизма. Радиусом равным длине звена ОА, проводим окружность, которая является траекторией движения кривошипа ОА. Разделим окружность на восемь частей и нанесем точки А0 - А7.

Для определения положений точек пользуемся методом засечек. Проводим засечки до пересечения с осевой линией.

На каждом положении шатуна отметим положение центра масс, затем последовательно соединим эти точки плавной линией - получим траектории движения центров масс.

2.2 Построение планов скоростей

Угловая скорость вращения кривошипа:

w1===188,4 с-1

Задано равномерное вращение кривошипа, то есть w1=const. Скорость точки А:

VA=w1·lOA=188,4·0,09=16,956 м/c

Выберем отрезок pva, изображающий скорость vA точки А, равный 120 миллиметров. Тогда масштабный коэффициент µV плана скоростей будет равен:

мV===0,1413

Для определения скорости точки В используем векторное уравнение:

, (2.2.1)

В этом уравнении известна VA. Пересечением линий векторов (VB||OB) и (VBAЎНАВ) находим на плане положение точки b. В соответствии с правилами сложения векторов определяем направление и .

Для определения скорости VC точки С используем векторное уравнение:

, (2.2.2)

Пересечением линий векторов (VС||OС) и (VСAЎНАС) находим на плане положение точки С и определяем направление и .

Определяем модули скоростей точек, м/c, по формуле:

V= мV·, (2.2.3)

где - вектор на плане скоростей, изображающий абсолютную или относительную скорость точки, мм:

VB= мV·=0,1413·38=5,3694 м/с;

VBA = мV·=0,1413·117=16,5321 м/c;

VС= мV·=0,1413·109=15,4017 м/c;

VСA= мV·=0,1413·0,33=4,6629 м/c.

Определяем величины угловых скоростей звеньев:

w2===45,9225 с-1;

w4===12,9525 с-1.

Указываем направление угловых скоростей звеньев на схеме механизма круговыми стрелками.

Отмечаем на звеньях положение их центров масс. Определяем местонахождение точки S2 на плане скоростей для этого составим пропорцию:

;

; аS2=39 мм.

Определяем местонахождение точки S4:

;

; aS4=11 мм.

Направляем векторы скоростей центром масс звеньев от полюса pV плана скоростей и находим скорости этих точек согласно формуле (2.2.3):

VS2= мV·=0,1413·84=11,8692 м/с;

VS4= мV·=0,1413·116=16,3908 м/c.

Полученные значения сводим в таблицу:

Таблица 2.2.1

w1

VA

VB

VBA

VC

VCA

w2

w4

VS2

VS4

188,4

16,956

5,3694

16,5321

15,4017

4,6629

45,9225

12,9525

11,8692

16,3908

2.3 Построение планов ускорений

Определяем ускорение точки А звена ОА:

, (2.3.1)

Определяем модули составляющих ускорения точки А. Нормальная составляющая:

=w2·LOA= (188,4) 2 ·0,09=3194,5 м/с2;

касательная составляющая при w1=const:

=·lOA=0· lOA=0. Тогда аА==3194,5 м/с2.

Выбираем полюс плана ускорений Ра и откладываем от него в направлении ускорения отрезок Раа произвольной длины.

Определяем значение масштабного коэффициента:

мА==31,9 .

Определяем ускорение точки В. Для определения составим векторное уравнение:

, (2.3.2)

которое в развернутом виде будет иметь вид:

, (2.3.3)

=759,19 м/с2.

Определяем величину отрезка аn1, который будет представлять в масштабе вектор этого ускорения на плане ускорений, для этого разделим величину нормальной составляющей на масштабный коэффициент. Из точки а отложим длину параллельно звену АВ:

an1==23,7 мм

Из конца вектора аn1 проводим линию перпендикулярно АВ, а из полюса линию параллельно ОВ и находим пересечением этих линий положение точки b.

Измерим длины отрезков и умножим на масштабный коэффициент:

Раb· мА=119·31,9=3796,1 м/с2;

=n1b· мА=26·31,9=829,4 м/с2;

=ab· мА=35·31,9=1116,5 м/с2.

Определяем ускорения центра масс. Для этого составим пропорцию:

;

; aS2=11,6 мм.

Соединим полюс с точкой S2, измерим длину этого отрезка PaS2 и умножим на величину масштабного коэффициента:

aS2=PaS2· мА=111·31,9=3540,9 м/с2.

Угловое ускорение звена 2:

е2===2303,8 с-2.

Определяем ускорение точки С. Для определения составим векторное уравнение:

, (2.3.4)

которое в развернутом виде будет иметь вид:

, (2.3.5)

=60,4 м/с2.

Определяем величину отрезка аn1, который будет представлять в масштабе

вектор этого ускорения на плане ускорений, для этого разделим величину нормальной составляющей на масштабный коэффициент. Из точки а отложим длину параллельно звену АС:

an1==1,9 мм

Из конца вектора аn1 проводим линию перпендикулярно АС, а из полюса линию параллельно ОС и находим пересечением этих линий положение точки с.

Измерим длины отрезков и умножим на масштабный коэффициент:

Рас· мА=54·31,9=1722,6 м/с2;

=n1с· мА=101·31,9=3221,9 м/с2;

=aс· мА=100·31,9=3190 м/с2

Определяем ускорения центра масс. Для этого составим пропорцию:

; ; aS4=33 мм.

Соединим полюс с точкой S4, измерим длину этого отрезка PaS4 и умножим на величину масштабного коэффициента:

aS4=PaS4· мА=74·31,9=2360,6 м/с2.

Угловое ускорение звена 4:

е 4===8949,7 с-2.

Полученные значения сводим в таблицу:

Таблица 2.3.1

аS2

е2

aS4

е4

3194,5

3796,1

829,4

1116,5

3540,9

2303,8

1722,6

3221,9

3190

2360,6

8949,7

3. Силовой расчет рычажного механизма

Определим силы инерции звеньев по формуле:

Fui=mi·asi, (3.1)

Fu2=m2·aS2=3·3540,9=10622,7 Н;

Fu3=m3·aВ=3,3·3796,1=12527,13 Н;

Fu4=m4·aS4=3·2360,6=7081,8 Н;

Fu5=m5·aС=3,3·1722,6=5684,58 Н;

FГ=S·Pмакс=0,009·6100000=54900 Н.

Строим группу Ассура в принятом масштабе, состоящую из двух звеньев 4 и 5. И прикладываем к этой схеме силы, действующие на нее: Fu4, Fu5, FГ.

Сила давления газов действует на ползун и направлена по оси перемещения ползуна ОС.

Сила инерции пятого звена направлена в противоположную сторону ускорения центра масс aS4 и приложена от точки С.

Сила инерции четвертого звена будет приложена к точке подвеса Т, для того чтобы определить местоположение точки подвеса Т, необходимо определить местоположение точки качания четвертого звена. Точку качания К4 определим по формуле:

LS4K4=, (3.2)

LS4K4==0,19 м.

Определим эту величину на чертеже:

S4K4=, (3.3)

S4K4==63,3 мм.

Откладываем эту величину от точки S4, по звену в сторону точки С. Проводим через центр масс линию параллельную ускорению центра масс аS4, а через точку качания проводим линию параллельную аСА.

Необходимо определить силы реакции: FR14 и FR05. Силу реакции действия FR14 представим в виде двух составляющих: и . перпендикулярна оси ОС.

Для определения касательной составляющей силы реакции составим уравнение моментов сил относительно точки С:

=0 (3.4)

·LAC - Fu4·h4=0,=,

==3481,885 Н.

Составим векторное уравнение сил, действующих на данную структурную группу:

=0, (3.5)

=0.

Неизвестные силы определим построением плана сил. Берем точку, которая будет обозначать полюс.

Определим величину масштабного коэффициента плана сил:

мF=348,2 Н/мм.

Представим все остальные силы в виде отрезков:

ab¦Fu4¦==20 мм;

bc¦Fu5¦==16 мм;

cd¦ FГ¦==157 мм.

Откладываем из полюса линию перпендикулярную оси ОС, равную 10 миллиметрам, получим отрезок PFa. Из конца этого отрезка откладываем линию параллельную Fu5, равную 16 миллиметрам, получим отрезок ab. Из конца отрезка ab откладываем линию параллельную FГ, равную 157 миллиметров, получим отрезок cd. Чтобы найти точку f, проведем из точки d линию перпендикулярную FR05, а из точки b линию параллельную АС, в точке их пересечения получим точку f. Соединим точку а с точкой f.

Измерим длины отрезков и умножим на масштабный коэффициент:

PFf () =187·348,2=65113,4 Н;

df () 42·348,2=14624,4 Н; af () =187·348,2=65113,4 Н.

Определим реакцию пятого звена на четвертое. Для этого составим уравнение сил, действующих на четвертое звено:

=0, (3.6)

.

Соединим на плане сил точку b и f. Измерим длину отрезка bf и определим величину силы :

= мF·bf=348,2·178=61979,6 Н.

Строим группу Ассура в принятом нами масштабе, состоящую из двух звеньев 2 и 3.

И прикладываем к этой схеме силы, действующие на нее: Fu2, Fu3, FГ.

Сила давления газов действует на ползун и направлена по оси перемещения ползуна ОВ.

Сила инерции третьего звена направлена в противоположную сторону ускорения центра масс aS2 и приложена к точке В.

Сила инерции второго звена будет приложена к точке подвеса Т, для того чтобы определить местоположение точки подвеса Т, необходимо определить местоположение точки качания второго звена. Точку качания К2 определим по формуле:

LS2K2=, (3.7)

LS2K2==0,19 м.

Определим эту величину на чертеже:

S2K2=, (3.8)

S2K2==63,3 мм.

Откладываем эту величину от точки S2, по звену в сторону точки В. Проводим через центр масс линию параллельную ускорению центра масс аS2, а через точку качания проводим линию параллельную аВА.

Необходимо определить силы реакции: FR12 и FR03. Силу реакции действия FR12 представим в виде двух составляющих: и . перпендикулярна оси ОВ.

Для определения касательной составляющей силы реакции составим уравнение моментов сил относительно точки В:

=0 (3.9)

·LAВ - Fu2·h2=0,=,

==1593,405 Н.

Составим векторное уравнение сил, действующих на данную структурную группу:

=0, (3.10)

=0.

Неизвестные силы определим построением плана сил. Берем точку, которая будет обозначать полюс.

Определим величину масштабного коэффициента плана сил:

мF=227,63 Н/мм.

Представим все остальные силы в виде отрезков:

ab¦Fu2¦==46,6 мм;

bc¦Fu3¦==55 мм;

cd¦ FГ¦==241 мм.

Построения выполняем в той же последовательности, что и для первой структурной группы, состоящей из звеньев 4 и 5.

Измерим длины отрезков и умножим на масштабный коэффициент:

PFf () =227,63·140=31868,2 Н;

df () =227,63·9=2048,67 Н;

af () =227,63·140=31868,2 Н.

Определим реакцию третьего звена на второе. Для этого составим уравнение сил, действующих на второе звено:

=0, (3.11), .

Соединим на плане сил точку b и f. Измерим длину отрезка bf и определим величину силы :

= мF·bf=227,63·186=42339,18 Н.

Для силового расчета ведущего звена вычертим его в принятом масштабе и приложим силы, действующие на него: FR21 и Fу.

Для определения уравновешивающей силы составим уравнение сил, относительно точки О:

=0, (3.12)

Fу·LOA - FR21·Lh1=0,Fу=,

Fу==29743,65 Н.

Представим силы в виде отрезков:

Fу==130 мм;

FR21==140 мм.

Выбираем точку, которая будет изображать полюс. Из этого полюса проводим линию параллельную FR21, получим отрезок PFa. Из точки а линию параллельную Fу, получим отрезок ab. Соединим точку b с полюсом - это и будет FR01. Измерим отрезок PFb и умножим на масштабный коэффициент:

FR01= мF· PFb=227,63·168=38241,84 Н.

Полученные значения сводим в таблицу:

Таблица 3.1

65113,4

3481,885

14624,4

65113,4

61979,6

1593,405

31868,2

2048,67

31868,2

42339,18

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был исследован механизм дизель-воздуходувной установки, который включал вопросы по структурному, кинематическому и динамическому исследованию механизма.

Исследование рычажного механизма выполнено графоаналитическим методом: в пояснительной записке приведены аналитические зависимости параметров механизма, результаты расчетов, их анализ, а графическое решение поставленных задач оформлено как приложение в виде чертежа.

Список используемой литературыэ

1. Смелягин А.И. Теория механизмов и машин / под ред.А.И. Смелягин. - М.: ИНФРА - М, 2014. - 263 с.

2. Дрыгин В.В., Козерод Ю.В. Единая система конструкторской документации в курсовом и дипломном проектировании. Оформление текстовой документации / под ред.В. В. Дрыгин, Ю.В. Козерод. - М.: ДВГУПС, 2002. - 35 с.

3. Коновалова Ф.Г. Исследование рычажных механизмов / под ред.Ф.Г. Коновалова. - М.: ДВГУПС, 2011. - 57 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Структурное и кинематическое исследование рычажного механизма. Построение кинематической схемы, планов скоростей и ускорений. Силовой расчет рычажного механизма. Определение сил, действующих на звенья механизма. Замена сил инерции и моментов сил.

    курсовая работа [32,9 K], добавлен 01.12.2008

  • Структурный анализ рычажного механизма. Кинематическое исследование рычажного механизма графо-аналитическим методом. Определение скоростей и ускорений шарнирных точек, центров тяжести звеньев и угловых скоростей звеньев. Силовой расчёт устройства.

    курсовая работа [800,0 K], добавлен 08.06.2011

  • Структурный анализ шарнирно-рычажного механизма. Построение планов положений, скоростей и ускорений. Диаграмма перемещения выходного звена механизма, графическое дифференцирование. Силовое исследование механизма. Проектирование кулачкового механизма.

    курсовая работа [528,0 K], добавлен 20.01.2015

  • Структурная схема плоского рычажного механизма. Анализ состава структуры механизма. Построение кинематической схемы. Построение плана положений механизма и планов скоростей и ускорений относительно 12-ти положений ведущего звена. Силовой анализ механизма.

    курсовая работа [642,2 K], добавлен 27.10.2013

  • Кинематическая схема рычажного механизма стана холодной калибровки труб. Его структурный анализ, положение и передаточные функции механизма. Построение планов скоростей и ускорений. Расчет значений движущего момента, полученных различными методами.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 04.05.2014

  • Структурный анализ рычажного механизма. Построение плана скоростей и ускорений. Расчётные зависимости для построения кинематических диаграмм. Определение основных размеров кулачкового механизма. Построение профиля кулачка методом обращённого движения.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 04.10.2015

  • Структурный анализ механизма, его звенья и кинематические пары. Определение скоростей и ускорений точек звеньев и угловых скоростей звеньев. Силовой расчет рычажного механизма. Определение сил тяжести звеньев, инерции, момента инерции, реакции R34n и N5.

    курсовая работа [619,4 K], добавлен 12.11.2022

  • Устройство плоского рычажного механизма, его кинематический анализ. Построение плана скоростей и ускорений. Силовой анализ механизма. Синтез кулачкового механизма, определение его основных размеров. Построение профиля кулачка методом обращенного движения.

    курсовая работа [977,0 K], добавлен 11.10.2015

  • Подсчет степени подвижности для плоского механизма по структурной формуле Чебышева. Силовой анализ рычажного механизма методом планов сил 2-го положения механизма. Силовой анализ рычажного механизма методом Жуковского. Определение момента сил инерции.

    курсовая работа [192,5 K], добавлен 10.12.2009

  • Расчет степени свободы и класса структурного анализа механизма. Кинематическое исследование рычажного механизма: определение положения всех звеньев и точек в зависимости от положения ведущего звена. Определение моментов и сил инерции звеньев механизма.

    контрольная работа [401,3 K], добавлен 04.11.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.