Вход

Теория машин и механизмов

Курсовая работа по технологиям
Дата добавления: 10 декабря 2005
Язык курсовой: Русский
Word, rtf, 1.6 Мб (архив zip, 167 кб)
Курсовую можно скачать бесплатно
Скачать



МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени акаде­мика Д.Н. Прянишникова»












Кафедра «Ремонт машин»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету «Теория машин и механизмов»









Выполнил студент второго курса

специальности «Технология обслуживания

и ремонта машин в АПК»

шифр ТУ – 04 – 30

Борисов Г. В.

Научный руководитель:

Уржумцев И.П.







Пермь 2005г.

содержание

Задание ………………………………………………………………..……….3

1. Синтез, структурное и кинематическое исследование рычажного механизма двигателя …………......................................................................4

1.1 .Проектирование кривошипно-ползунного механизма...........................5

1.2. Структурное исследование рычажного механизма............................5

1.3. Построение схемы механизма...............................................................5

1.4. Построение планов скоростей механизма........................................5

1.5. Построение планов ускорений механизма..........................................7

1.6. Построение годографа скорости центра масс кулисы 3 и кинематических диаграмм точки В пуансона 5............................................................………….9

2. Силовой расчет рычажного механизма........................................... .11

2.1. Определение сил сопротивления пуансона 5... .....................….11

2.2. Определение сил тяжести и инерции звеньев. .........................11

2.3. Определение реакции в кинематических парах ............................12

2.4. Силовой расчет входного звена ......................................................13

2.5. Определение уравновешивающей силы по методу Н.Е. Жуков­ского......................................................................................................…...13

3. Расчет маховика ....................................................................................14

3.1. Построение диаграмм моментов и работ движущих сил, сил полез­ного сопротивления, приращения кинетической энергии машины .....................................................................................................................14

3.2. Построение диаграмм кинетической энергии приведенного момента инерции звеньев механизма и энергомасс. Определение момента инерции ма­ховика..........................................…..................................................16

Список литературы.....................................................................................18


задание

Провести проектирование, структурное, кинематическое, силовое и динамическое исследования механизмов прошивного пресса. Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1.' Исходные данные для проектирования и исследования механизма

Наименование параметра


Обозначе­ние параметра


Величина


Единица измерения


Коэффициента изменения средней скорости кулисы 3


Kv

1,22


____


Частота вращения кривошипа ОА


n1


130


об/мин


Расстояние между осями О1 О3


О1 О3


1,08


м


Расстояние от оси пуансона до оси точки О3


-


0,48


м


Максимальная сила сопротивления пуансона


Р


730


Н


Масса кривошипа О1 А


m1


3


кг


Масса кулисы 3


m3


15


кг


Масса пуансона 5


m5


6


кг


Моменты инерции кулисы 3


IS3


1,62


кг-м2


Моменты инерции кривошипа О1 А относительно О1


IO1


0,03


кг-м2


Коэффициент неравномерности движения


?


1/18




За начало отсчета в построениях и расчетах принимаем положе­ние механизма при котором пуансон 5 находится в начальном положе­нии, а кривошип ОА перпендикулярен кулисе 3.

Центры масс звеньев 1 и 3 находятся в точках S1 и S3. Координата центра масс звена 3 находится из условия О3 S3 =

Так как массы звеньев 2 и 4 в десятки раз меньше массы звена 3, то в силовом и динамическом расчетах ими пренебрегаем.

Приведенный момент сил полезного сопротивления произвести с учетом сил тяжести звеньев 3 и 5.

1. СИНТЕЗ, СТРУКТУРНОЕ И КИНЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ

1.1. Проектирование кривошипно-ползунного механизма

Определяем длины кривошипа ОА

Угол между крайними положениями кулисы 3 находим по формуле:

Длину кулисы 3 находим по построению.


1.2. Структурное исследование рычажного механизма

Для определения степеней свободы плоских механизмов применя­ем формулу П. Л. Чебышева:

i

Для нашего механизма имеем:

Произведем разбиение механизма на простейшие структурные формы. Произведем расчленение механизма на группы Асура. Меха­низм состоит из:

- одной группы Ассура II класса, 2-го вида (звенья 4-5);

- одной группы Ассура II класса, 3-го вида (звенья 2-3);

- одного механизма I класса состоящего из входного звена 1 и стойки 6.



1.3. Построение схемы механизма

Построение проводим в масштабе длин [м/мм]. Длина кривошипа на чертеже ОА=83,7 мм. Тогда масштаб длин определяем по формуле:

Вычерчиваем кинематическую схему механизма. Для построения 12 положений звеньев механизма разделив траекторию описываемую точкой А кривошипа ОА на 12 частей. Из точки О3 проводим линии дли­ной равной длине звена 3 через отмеченные на окружности точек А0, А1, ... А11, затем намечаем линию движения пуансона 5 точки В0 B1, B2 ...В11.

1.4. Построение планов скоростей механизма

Планом скоростей механизма называют чертеж, на котором изо­бражены в виде отрезков векторы, равные по модулю и по направлению скоростям различных точек звеньев механизма в данный момент

Определим скорость точки А звена ОА:

где - угловая скорость кривошипа ОА, С1; IOA- длина кривошипа ОА, м

Построение плана скоростей начинаем от входного звена, т. е. кри­вошипа ОА. Из точки р, откладываем в направлении вращения криво­шипа ОА вектор скорости точки А: ра=85,2 мм.

Масштаб плана скоростей находим по формуле:


Построение плана скоростей группы Ассура II класса 3-го вида (звенья 2 и 3) производим по уравнению: VA3O3 = VA2 + VA2A3

где vА3О3 - скорость точки А кулисы О3А;

VA2 - скорость точки А звена 2 во вращательное движении от­носительно точки О направлена параллельно оси звона ОАVA2 = 0;

\/A2A3 - скорость точки А кулисы 3, направлена вдоль оси О3А.

Из точки а проводим линию, параллельную оси звена О3А, а из по­люса р плана скоростей - линию, перпендикулярную ocи O3A. Точка а3 пересечения этих линий дает конец вектора искомой скорости VA3.

Скорости центра тяжести кулисы S3 и звена 4 определяем по пра­вилу подобия. Найденные точки S3 и 4 соединяем с полюсом р.

Построение плана скоростей группы Ассура II класса 2-го вида (звенья 4 и 5) производим по уравнению:

VB = V4+V4B, где VB - скорость точки В пуансона 5.

V4 - скорость точки 4 расположенной на звене 3 во враща­тельном движении относительно точки О3 направлена параллель­но оси звена О3А;

V4B - скорость звена 4В, направлена перпендикулярно оси 4В.

Из точки 4 проводим линию, перпендикулярно оси звена 4В, а из полюса р плана скоростей - линию, перпендикулярную оси 4В. Точка b пересечения этих линий дает конец вектора искомой скорости VB.

Истинное значение скорости каждой точки находим по формулам:

Определяем угловую скорость кулисы АО3 для 12 положений по формуле и сводим полученные данные в таблицу 2.



Таблица 2

Значение скоростей точек кривошипно-ползунного механизма в м/с

и угловых скоростей шатунов в рад/с

Пара­метр



Номер положения механизма




1


2


3


4


5


6


7


8


9


10


11


0


VB

=VS5


0,58


1,09


1,19


0,81


0


0,31


0,66


0,85


0,88


0,76


0,45


0


VBа4


0,08


0,07


0,03


0,09


0


0,05


0,07


0,04


0,02


0,07


0,06


0


vОА


1,2


2,09


2,26


1,62


0


0,69


1,63


2,18


2,28


1,91


1,11


0


VS3


0,79


1,46


1,6


1,1


0


0,4


0,88


1,15


1,19


1,02


0,63


0


V32а3


1,97


0,97


0,42


1,63


2,3


2,19


1,62


0,71


0,31


1,28


2,01


2,3



0,498


0,436


0,187


0,56


0


0,311


0,436


0,249


0,124


0,436


0,373


0



1,22


2,26


2,47


1,7


0


0,62


1,37


1,76


1,83


1,57


0,96


0


1.5. Построение планов ускорений механизма

Планом ускорений механизма называют чертеж, на котором изо­бражены в виде отрезков векторы, равные по модулю и по направлению ускорениям различных точек звеньев механизма в данный момент, на­зывают планом ускорений механизма.

Построение плана ускорений по следующей схеме: Так как кривошип ОА вращается с постоянной угловой скоростью, то точка А звена ОА будет иметь только нормальное ускорение, величи­на которого равна

Определяем масштаб плана ускорений

где = 61,9 мм — длина отрезка, изображающего на плане ускоре­ний вектор нормального ускорения точки А кривошипа ОА

Из произвольной точки п — полюса плана ускорений проводим век­тор па параллельно звену ОА от точки А к точке О.


Построение плана скоростей ускорений группы Ассура II класса 3-го вида (2-3 звено) проводим согласно уравнений:

где — кариолиосово ускорение;

— нормальное ускорение точки А3 кулисы 3 в ее вращательном движении относительно точки О3;

— относительное ускорение поступательного движения

кулисы 3 относительно камня А2;

— тангенциальное ускорение точки А3 кулисы 3 в ее

вращательном движении относительно точки О3;

Для определения направления кариолисова ускорения необходимо вектор относительной скорости Va3a2 повернуть на 90° в направлении уг­ловой скорости кулисы 3.

Найдем величины ускорений и

Построение плана ускорений группы Ассура II класса 2-го вида ( звено 4-5) проводим согласно уравнению:

где ав— ускорение точки В, направлено вдоль оси АБ;

аВА - нормальное ускорение точки В при вращении его вокруг точки А, направлено вдоль оси звена АВ от точки В к точке А.

— касательное ускорение точки В при вращении его вокруг точ­ки А (величина неизвестна) направлено перпендикулярно к оси звена В0В5

Из точки 4 вектора плана ускорений проводим прямую, парал­лельную оси звена ВА, и откладываем на ней в направлении от точки В к точке А отрезок аВА. Через конец вектора АВА проводим прямую, перпен­дикулярную к оси звена ВА произвольной длины. Из полюса проводим прямую, параллельную оси В0В5.

Точка b пересечения этих прямых определит концы векторов ab и . Складывая векторы пвд |i tba. получаем полное ускорение звена АВ, для этого соединяем точки 4 и b прямой. Точки центра тяжести элементов на плане ускорений находим по прави­лу подобия, пользуясь соотношением отрезков.

Численные значения ускорений всех точек механизма, а также ка­сательные ускорения для седьмого положения механизма найдем по формулам:









1.6. Построение годографа скорости центра масс кулисы 3 и кинематических диаграмм точки В пуансона 5

Для построения годографа скорости переносим векторы pS3 па­раллельно самим себе своими началами в одну точку p, называемую полюсом. Соединяем концы векторов плавной кривой.

Для построения диаграммы перемещения точки В пуансона откла­дываем по оси абсцисс отрезок длиной 288 мм, изображающий период Т одного оборота кривошипа, и делим его на 12 равных частей. От точек 1, 2... ...11 схемы положений механизма откладываем ординаты 1—1, 2—2..., 11—11, соответственно равные расстояниям В0—В1, В0—В2... В0— В12,-проходимые точкой В от начала

отсчета.

Вычисляем масштабы диаграммы перемещения:


Диаграмма скорости точки В строится графическим дифференци­рованием графика перемещения по методу хорд. Криволинейные yучастки графика перемещения точки В заменяем прямыми 0—1, 1—2... 11 – 12.

12. Под графиком перемещения проводим прямоугольные оси V и t. K оси t выбираем полюсное расстояние К=36 мм. Из полюса проводим наклонные прямые параллельные хордам 0—1, 1—2 .. .11—12. Из середи­ны интервалов 0—1, 1—2 ... 11—12 проводим перпендикуляры к оси t (штриховые линии). Из точек 1, 2... 12 проводим прямые, параллельные оси t. Точки пересечения соединяем плавной кривой.

Масштаб диаграммы скорости вычисляем по формуле:






Диаграмма ускорения точки В строится графическиm дифферен­цированием диаграммы скоростей. Все построения аналогичны ранее описанным при графическом дифференцировании диаграммы переме­щения.

Масштаб диаграммы ускорения равен:




2. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА


2.1. Определение сил сопротивления пуансона 5

На листе 2 построен план механизма для 4-го положения в масштабе 0,002 м/мм. В данном положении механизм совершает рабочий ход. Сила сопротивления пуансона 5 равна 0,48 от Рmax = 350,4 Н.

2.2. Определение сил тяжести и инерции звеньев

Произведем подсчет угловых скоростей и угловых ускорений звеньев механизма для седьмого положения:


Определение сил тяжести звеньев:

Определим силы инерции звеньев:

Производим замену силы инерции Fu3 и момента от пары сил инер­ции Ми2 кулисы 3 одной результирующей силой Fu3, равной Fu3, по вели­чине и направлению, но приложенной в точке Т3 звена 5. Для этого вы­числяем плечо Н.


2.3. Определение реакции в кинематических парах

Первым этапом будет определение реакций в звеньях 4, 5.

Приложим к этим звеньям все известные силы. Действие звена 4 и стойки 6 заменяем неизвестными F4s и RG6.

Реакции F45 и RG6 определим построением силового много­угольника, решая векторное уравнение равновесия звеньев 4, 5:

G5+Rn6+Fui+F45+P = Q

По построению получаем:

Определяем реакцию R34 во внутренней паре со стороны звена 4 на кулису 3:

Вторым этапом будет определение реакций в звеньях 3, 2 и стойки 6.

Приложим к этим звеньям все известные силы. Действие звена 2 и стойки 6 заменяем неизвестными F23 и RG6.

Вначале определяем величину реакции F23из суммы моментов всех сил, действующих на звено 3 относительно точки Оз:

откуда:

Реакцию RG6 определим построением силового многоугольника, решая векторное уравнение равновесия звеньев 2, 3 и 6:

По построению получаем:

2.4. Силовой расчет входного звена

Прикладываем к звену 1 в точке А силу R12, а также пока еще не известную уравновешивающую силу Fy, направив ее предварительно в произвольную сторону перпендикулярно кривошипу ОА Вначале из уравнения моментов всех сил относительно точки О определяем Fy.

откуда

В шарнире О со стороны стойки 6 на звено 1 действует реакция R6-i, которую определяем построением многоугольника сил согласно век­торному уравнению:

2.5. Определение уравновешивающей силы по методу Н.Е.

Жуковского

Строим для выбранного положения в произвольном масштабе по­вернутый на 90° план скоростей. В одноименные точки плана переносим все внешние силы (без масштаба), действующие на звенья механизма. Составляем уравнение моментов всех сил относительно полюса р плана скоростей, беря плечи сил по чертежу в мм.

Расхождение результатов определения уравновешивающей мето­дом Жуковского и методом планов сил равно:

3. расчет маховика

3.1. Построение диаграмм моментов и работ движущих сил, сил полезного сопротивления, приращения кинетической энергии машины

Определим приведенный момент сил сопротивления, для всех по­ложений механизма

где Р5 — силы сопротивления пуансона 5 определяем по диа­грамме приведенной в силовом расчете в зависимости от пути и мах си­лы сопротивления;

G - силы тяжести звеньев 3 и 5

— скорости точки приложения силы Р5 и G;

= 13,61 рад/с — угловая скорость входного звона; — угол между векторами Р5 (G) и v;

Угол а и си на такте холостого хода равны 180°, а на рабочем ходу рав­ны 0°.

Таблица 3

Расчетная таблица определения приведенного момента сил сопротив­ления

№ положения

Сила со­противле­ния Р3/Рмах


Сила со­противле­ния Р5, Н




0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0,58

7,6

0,79

10,98

2

0

0

1,09

3,7

1,46

20,46

3

1

730

1,19

1,6

1,6

86,27

4

0,48

350,4

0,81

6,4

1,1

36,17

5

0

0

0

0

0

0

6

0

0

0,31

171,5

0,4

-5,62

7

0

0

0,66

173,7

0,88

-12,31

8

0

0

0,85

177,2

1,15

-16,1

9

0

0

0,88

178,8

1,19

-16,67

10

0

0

0,76

175

1,02

-14,28

11

0

0

0,45

171,2

0,63

-8,68

По вычисленным значениям строим диаграмму в мас­штабе ?М =0,5 Н-м/мм. Методом графического интегрирования строим диаграмму работ сил движущих. Для этого выбираем полюсное расстоя­ние Н=30 мм Через середины интервалов 0—1, 1—2 ... ... 23—24 прово­дим перпендикуляры к оси абсцисс (штриховые линии).

Точки пересечения этих перпендикуляров с диаграммой

проецируем на ось ординат и соединяем найденные точки 1', 2'... 6' и т. д. с полюсом р (точки 1', 2 , 3', 4', 5' слились в одну). Из начала коорди­нат диаграммы проводим прямую, параллельную лучу р—1', получаем точку 1". Из точки 1" проводим прямую 1"—2", параллельную лу­чу р—2'... (8м—9м)" \\(р—9') и т. д. Масштаб диаграммы работ определяем по формуле:

где

Так как то диаграмма работ есть прямая линия.
Кроме того, при установившемся движении за цикл, работа движущих
сил равна работе всех сопротивлений. На основании вышеизложенного
соединяем начало координат О диаграммы A(?) с точкой 24" прямой линией, которая и является диаграммой . Если графически про­
дифференцировать эту диаграмму, то получим прямую, параллельную
оси абсцисс. Эта прямая является диаграммой приведенных моментов
сил полезного сопротивления .

Для построения диаграммы приращения кинетической энергии машины следует вычесть алгебраически из ординат диаграммы
ординаты диаграммы т.е. ординаты 1—1*, 2—2*, ..., 10—10* ... 12—12*, 13—13* и т. д. Диаграммы равны соответственно ординатам 1м—1° 2м—2° .. 10"—10°... 12"—12°, 13"—13°, диаграммы .3.2. Построение диаграмм кинетической энергии, приведенно­го момента инерции звеньев механизма и энергомасс. Опре­деление момента инерции маховика

Кинетическая энергия механизма равна сумме кинетических энер­гий его звеньев, т. е. Т = Т1 + Т3 + Т5 |

где Т1 = — величина постоянная во
всех положениях механизма;

Дж — кинетическая энергия кулисы 3;

— кинетическая энергия пуансона 5.

Приведенный момент инерции звеньев механизма вычисляем по формуле и полученные результаты сводим результаты в табл. 4.

Таблица 4

Значения кинетической энергии и приведенного момента инерции звеньев механизма

По­ложе­ние


Т3, Дж


Т5,Дж


Т,Дж


0

0

0

5,56

0,06

1

7,13

1

13,69

0,142

2

15,09

3,56

24,21

0,261

3

21,9

4,25

31,71

0,342

4

14,5

1,97

22,03

0,238

5

0

0

5,56

0,06

6

3,31

0,29

9,16

0,099

7

8,12

1,31

14,99

0,162

8

11,13

2,17

18,86

0,204

9

11,64

2,32

19,52

0,211

10

9,65

1,73

16,94

0,183

11

5,47

0,61

11,64

0,126

Строим диаграмму приведенного момента инерции построенной в масштабе

Строим диаграмму энергомасс, исключая параметр из диаграмм и . Для этого строив прямоугольную систему координат . Из начала координат проводим прямую под углом 45° к оси In. Точки 11, 2', 3'... 23' диаграммы проецируем на эту прямую и далее до пересечения с прямыми, проведенными из точек 1*, 2*, 3*... 23* диа­граммы . Соединяем точки пересечения О, 1, 2 ... 23 плавной кри­вой. По заданному коэффициенту неравномерности движения ? и средней угловой скорости определяем углы ?тахи ?min по формулам:

К диаграмме энергомасс проводим две касательные под уг­лами ?тахи ?min . Эти касательные отсекут на оси ординат с отрезок KL, ко­торый определяет кинетическую энергию маховика в масштабе . Вычисляем момент инерции маховика по формуле:

Определяем диаметр маховика, его массу и ширину.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. Артоболевский И .И. Теория машин и механизмов. М.: Наука, 1975.

2. Безвесельный К.С. Вопросы и задачи по теории механизмов и машин. Киев: Вища школа, 1977.

3. Методические указания по изучению дисциплины и выполнению курсового проекта. Москва 1989г.

4. Юдин В.А., Петрокас Л.В. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1981.



© Рефератбанк, 2002 - 2017