Кинематический и силовой анализ. Вариант 00

Содержание

Содержание
Техническое задание
Введение
1. Определение закона движения механизма при установившемся режиме работы
1.1. Структурный анализ
1.2. Построение кинематической схемы и планов возможных скоростей
1.3. Приведение сил и масс. Определение размеров маховика
1.4. Определение скорости и ускорения начального звена
2. Кинематический и силовой анализ рычажного механизма для заданного положения
2.1. Определение скоростей методом построения планов скоростей
2.2. Определение ускорений методом построения планов ускорений
2.3. Определение векторов сил инерции и главных моментов сил инерции звеньев
2.4. Силовой расчет диады 2-3
2.5. Силовой расчет диады 4-5
2.6. Силовой расчет механизма 1ого класса
Список использованной литературы

Курсовая работа по ТММ Лист 21 Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Модули ускорений:
;
Определим угловые ускорения шатунов.
;
.
Угловое ускорение ε2 направлено вокруг полюса B в сторону ускорения , если на точку смотреть с полюса B. Угловое ускорение ε4 направлено вокруг полюса D в сторону ускорения , если на точку смотреть с полюса D.
2.3. Определение векторов сил инерции и главных моментов сил инерции звеньев
Звено 1 – вращается вокруг центра А.
;
.
Звено 2 – плоскопараллельное движение, центр масс – S2.
;
.
Звено 3 – поступательное движение.
;
, так как ε3 = 0.
Курсовая работа по ТММ Лист 22 Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Звено 4 – плоскопараллельное движение, центр масс – S4.
;
.
Звено 5 – поступательное движение.
;
, так как ε5 = 0.
Главные векторы сил инерции направлены противоположно ускорениям центров масс, главные моменты сил инерции направлены противоположно угловым ускорениям.
2.4. Силовой расчет диады 2-3
Изобразим диаду 2-3 в прежнем масштабе длин.
Покажем все силы, действующие на диаду, в точках их приложения:
- силу давления газов на поршень ;
- силы тяжести и ;
- силу реакции , действующую со стороны стойки 6 на поршень 3, направленную перпендикулярно АС;
- силу реакции в кинематической паре 2. В точке В неизвестную реакцию , действующую со стороны кривошипа 1 на шатун 2, разложим на две составляющие – нормальную , направленную вдоль шатуна ВС, и касательную , перпендикулярную ВС.
Приложим силы инерции:
- главные векторы сил инерции и , направленные противоположно ускорениям и ; Курсовая работа по ТММ Лист 23 Изм. Лист № докум. Подпись Дата
- главный момент сил инерции , направленный противоположно угловому ускорению ε2.
Неизвестные: ; ; .
Найдем касательную составляющую , для чего составим 1 уравнение – уравнение суммы моментов всех сил, действующих на диаду 2-3, относительно точки С:
,
отсюда:
Найдем нормальную составляющую и реакцию со стороны стойки.
Уравнение суммы векторов сил для диады 2-3:
В этом уравнении неизвестны величины сил и . Строим векторный многоугольник сил.
Выберем масштаб построения векторного многоугольника сил. Пусть наибольшей силе Рд3 = 23000 Н соответствует отрезок fg = 150 мм. Тогда масштаб построения многоугольника сил будет равен:
μF = Pд3/fg = 23000/150 = 153,3 Н/мм
Отрезки векторного многоугольника, соответствующие различным известным силам, будут равны:
ab = Fτ12/μF = 2693/153,3 = 17,6 мм
cd = ФS2/μF = 8355/153,3 = 54,5 мм
ef = ФS3/μF = 6912/153,3 = 45,1 мм
bc = G2/μF = 150/153,3 = 0,98 мм
de = G3/μF = 120/153,3 = 0,8 мм
fg = 150 мм
Построим векторный многоугольник сил для диады 2-3:
Курсовая работа по ТММ Лист 24 Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Из точки а откладываем отрезок ab в направлении силы . От точки b откладываем отрезок bс в направлении силы тяжести . Практически он вырождается в точку. От точки с откладываем отрезок сd в направлении силы . От точки d откладываем отрезок dе в направлении силы тяжести . Практически он вырождается в точку (по условию допускается не учитывать). От точки е откладываем отрезок еf в направлении силы . От точки f откладываем отрезок fg в направлении силы . Из точки g проводим прямую, перпендикулярную направляющей стойки – направление . Из точки а проводим прямую, параллельную ВС – направление до пересечения с предыдущей прямой в точке к. В точке пересечения к векторный многоугольник замкнется.
Находим направление неизвестных сил, для чего расставляем стрелки векторов , так, чтобы все силы следовали одна за другой, т.е. многоугольник векторов сил замкнулся.
Находим модули неизвестных сил:
Находим полную реакцию в шарнире B.
,
поэтому соединим точку к с точкой b. Отрезок кb соответствует полной реакции . Вычисляем:
Найдем реакцию внутренней кинематической пары.
в точке C.
Разделим диаду по внутренней кинематической паре по шарниру C. Реакцию в точке С представим в виде двух составляющих:
В точке С согласно закону равенства действия и противодействия имеем реакции:
;
. Курсовая работа по ТММ Лист 25 Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Составим уравнение суммы всех сил, действующих на звено 2:
Из уравнения следует, что для определения реакции необходимо на многоугольнике сил соединить точку d с точкой к и направить вектор в точку к.
Найдем модуль силы :
Сила , действующая на поршень, равна по величине и направлена ей противоположно.
2.5. Силовой расчет диады 4-5
Изобразим диаду 4-5 в прежнем масштабе длин.
Покажем все силы, действующие на диаду, в точках их приложения:
- силу давления газов на поршень ;
- силы тяжести и ;
- силу реакции , действующую со стороны стойки 6 на поршень 5, направленную перпендикулярно АЕ;
- силу реакции в кинематической паре. В точке D неизвестную реакцию , действующую со стороны кривошипа 1 на шатун 4, разложим на две составляющие – нормальную , направленную вдоль шатуна DE, и касательную , перпендикулярную DE.
Приложим силы инерции:
- главные векторы сил инерции и , направленные противоположно ускорениям и ;
- главный момент сил инерции , направленный противоположно угловому ускорению ε4.
Неизвестные: ; ; . Курсовая работа по ТММ Лист 26 Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Найдем касательную составляющую , для чего составим 1 уравнение – уравнение суммы моментов всех сил, действующих на диаду 4-5, относительно точки Е:
,
отсюда:
Найдем нормальную составляющую и реакцию со стороны стойки.
Уравнение суммы векторов сил для диады 4-5:
В этом уравнении неизвестны величины сил и . Строим векторный многоугольник сил.
Выберем масштаб построения векторного многоугольника сил. Пусть масштаб построения многоугольника сил останется прежним:
μF = 153,3 Н/мм
Отрезки векторного многоугольника, соответствующие различным известным силам, будут равны:
ab = Fτ14/μF = 1474/153,3 = 9,6 мм
cd = ФS4/μF = 7515/153,3 = 49 мм
ef = ФS5/μF = 5040/153,3 = 32,9 мм
bc = G4/μF = 150/153,3 = 0,98 мм
de = G5/μF = 120/153,3 = 0,8 мм
fg = Рд5/μF = 18,5/153,3 = 0,1 мм
Построим векторный многоугольник сил для диады 4-5:
Из точки а откладываем отрезок ab в направлении силы . От точки b откладываем отрезок bс в направлении силы тяжести . Практически он вырождается в точку. От точки с откладываем отрезок сd в направлении силы . От точки d откладываем отрезок dе в направлении силы тяжести . Практически он вырождается в точку. От точки е откладываем отрезок еf в направлении силы . Отрезок fg практически вырождается в точку. Из точки g проводим прямую, Курсовая работа по ТММ Лист 27 Изм. Лист № докум. Подпись Дата
перпендикулярную направляющей стойки – направление . Из точки а проводим прямую, параллельную DE – направление до пересечения с предыдущей прямой в точке к. В точке пересечения к векторный многоугольник замкнется.
Находим направление неизвестных сил, для чего расставляем стрелки векторов , так, чтобы все силы следовали одна за другой, т.е. многоугольник векторов сил замкнулся.
Находим модули неизвестных сил:
Находим полную реакцию в шарнире D.
,
поэтому соединим точку к с точкой b. Отрезок кb соответствует полной реакции . Вычисляем:
Найдем реакцию внутренней кинематической пары.
в точке E.
Разделим диаду по внутренней кинематической паре по шарниру E. Реакцию в точке Е представим в виде двух составляющих:
Схема нагружения звена 5. В точке Е согласно закону равенства действия и противодействия имеем реакции:
;
.
Составим уравнение суммы всех сил, действующих на звено 4:
Из уравнения следует, что для определения реакции необходимо на многоугольнике сил соединить точку е с точкой к и направить вектор в точку к.
Найдем модуль силы :
Курсовая работа по ТММ Лист 28 Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Сила , действующая на поршень, равна по величине и направлена ей противоположно.
2.6. Силовой расчет механизма 1ого класса
Изобразим кривошип в том же масштабе длин.
Покажем силы, действующие на кривошип.
При установившемся режиме работы на кривошип в нашем примере действуют следующие силы:
- сила со стороны шатуна 2, направленная противоположно силе , найденной при расчете диады 2-3.
- сила со стороны шатуна 4, направленная противоположно силе , найденной при расчете диады 4-5.
- сила со стороны стойки. Неизвестная ни по величине, ни по направлению. Покажем ее произвольно.
Сила веса маховика: .
Уравновешивающий момент: .
Момент сил инерции:
Запишем уравнение моментов для звена 1 относительно точки А:
,
где h1 и h1’ – плечи сил с кинематической схемы первичного механизма. Получаем:
Подсчитываем погрешность определения двумя способами – из уравнения движения механизма и с помощью планов сил:
Погрешность расчетов не превышает 10%, что находится в допустимых пределах. Курсовая работа по ТММ Лист 29 Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Составим уравнение векторной суммы сил:
Неизвестная сила находится путем построения силового многоугольника.
Векторный многоугольник строим в масштабе сил µF = 153,3 Н/мм.
Отрезки векторного многоугольника будут равны:
ab = F21/μF = 9275/153,3 = 60,5 мм
bc = F41/μF = 12724/153,3 = 83 мм
cd = GM/μF = 2670/153,3 = 17,4 мм
Строим векторный многоугольник сил.
От точки а откладываем отрезок ab в направлении силы . Из точки b откладываем отрезок bc в направлении силы . Из точки с откладываем отрезок cd в направлении силы . Отрезок, соответствующий неизвестной силе , согласно векторному уравнению должен из точки d придти в точку а. Расставляем стрелки векторов сил.
Замыкающий вектор dа определяет искомую силу .
Найдем модуль силы :
Курсовая работа по ТММ Лист 30 Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Список использованной литературы
Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1988г.
2. Кореняко А.С. и др. Курсовое проектирование по теории механизмов и
механике машин. К.: Вища школа, 1970г.

3. Сильвестров В.М. Методическая разработка для выполнения курсового
проекта по курсу «Теория механизмов и машин». М.: Изд-во МГИУ, 1979г.
Курсовая работа по ТММ Лист 31 Изм. Лист № докум. Подпись Дата