Увеличение производительности и облегчение физического труда человека путем замены его машиной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Данные для курсовой работы

2. Кинематическое исследование механизма

3. Динамический синтез рычажного механизма по коэффициенту неравномерности движения

3.1 Построение графика приведенного момента сил сопротивления

3.2 Построение графика работ

3.3 Построение графика изменения кинетической энергии

3.4 Построение графика приведенного момента инерции

3.5 Построение диаграммы Виттенбауэра

3.6 Определение момента инерции маховика

4. Синтез кулачкового механизма

4.1 Построение графиков

4.2 Определение основных параметров

4.3 Построение профиля кулачка



Введение

Целью создания машины является увеличение производительности и облегчение физического труда человека, путем заменой человека машиной. В некоторых случаях машина может заменять человека не только в его физическом, но и умственном труде.

Общие методы синтеза механизмов дают возможность конструктору не только находить параметры механизмов по заданным кинематическим и динамическим свойствам, но и определять их оптимальные сочетания с учетом многих дополнительных условий.



Задание

1. Кинематическое исследование стержневого механизма

1.1. Построить планы положений механизма для 12 равноотстоящих положений ведущего звена.

1.2. Построить соответствующие положениям механизма 12 планов скоростей и ускорений.

1.3. Построить зависимости S от , от , a от .

2. Динамический синтез рычажного механизма по коэффициенту неравномерности движения

2.1. Построить повернутые планы скоростей.

2.2. Построить график моментов сил сопротивления и движущих сил, приведенных к ведущему звену, в зависимости от угла поворота для цикла установившегося движения.

2.3. Построить график изменения кинетической энергии рычажного механизма

2.4. Построить график приведенного к ведущему звену момента инерции механизма в зависимости от угла поворота звена приведения для цикла установившегося движения.

2.5. Построить диаграмму Виттенбауэра.

2.6. Определить момент инерции маховика, обеспечивающего вращение звена приведения с заданным коэффициентом неравномерности движения.

2.7. Определить основные размеры маховика и привести его чертеж.

3. Синтез кулачкового механизма

3.1. По заданному закону изменения второй производной от перемещения выходного звена по углу поворота кулачка построить графики первой производной и перемещения выходного звена в зависимости от угла поворота кулачка. Определить масштабы построений.

3.2. Определить основные размеры кулачкового механизма наименьших габаритов, учитывая допускаемый угол давления.

3.3. Построить профиль кулачка по заданному закону движения выходного звена.

3.4. Построить график изменения угла давления в зависимости от угла поворота кулачка.



Данные для курсовой работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1 - Схема стержневого механизма

Таблица 1.1

Данные для расчета стержневого механизма

LO1A, м	LAB, м	LO2B, м	LO2C, м	LAS2, м	a, м	b, м	c, м	n1, мин-1
0,1	0,5	0,3	0,6	0,25	0,2	0,4	0,5	125

Отрезок O1A берется равным мм, откуда находится масштаб:

(1.1)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.2 - График изменения силы полезного сопротивления в зависимости от хода точки D

Fmax = 450 Н

= 0,1

SD = 84 мм

Массы звеньев находятся из условия 100 кг на 1 м.

M2 = 1000,5 = 50 кг

M3 = 1000,6 = 60 кг

Силы тяжести звеньев находятся по формуле:

,(1.2)

где g - ускорение свободного падения, м/с2.

G2 = 509,8 = 490 Н

G3 = 609,8 = 588 Н

Таблица 1.2

Зависимость силы полезного сопротивления от хода точки D

Положения	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
SD, мм	0	0	10	28	54	76	84	78	63	43	23	8
Fп.с., Н	0	0	0	0	0	0	135	135	135	135	334	214

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.3 - Схема кулачкового механизма



Таблица 1.3

Данные для расчета кулачкового механизма

Ход толкателя кулачкового механизма h, мм	22
Внеосность толкателя e, мм	0
Отношение ускорений a1/a2	1,5
Фазовые углы поворота кулачка в.в = 0 п = о, град	105
Допускаемый угол давления , град	22



Кинематическое исследование механизма

Производится расчет для положения 1 (=0)

Построение плана скоростей

Звено O1A:

Угловая скорость звена O1A равна:

1 = n1/30 = 3,14125/30 = 13,09 с-1,(2.1)

где n1 - частота вращения первого звена, мин-1.

Скорость т. А равна:

,(2.2)

где O1 - скорость точки O1, м/с; AO1 - скорость точки A во вращении вокруг точки O1, м/с.

Скорость т. O1 равна нулю, т.к. эта точка закреплена неподвижно в опоре.

Cкорость точки A во вращении вокруг точки O1 равна:

AO1 = 1LO1A = 13,090,10 = 1,30 м/с, (2.3)

где LO1A1 - длина звена O1A, м.

Отрезок Pva O1A

Отрезок Pva берется равным 65 мм, откуда находится масштаб:

v = A1 /PvA = 1,30/65,00 = 0,02 (м/с)/мм(2.4)

Звено AB:

Скорость т. B равна:

,(2.5)

где A - скорость точки А, м/с; BA - скорость точки B во вращении вокруг точки A, м/с.

Вектор AB

С другой стороны скорость т. B равна:

,(2.6)

где O2 - скорость точки O2, м/с; BO2 - скорость точки B во вращении вокруг точки O2, м/с.

Скорость т. O2 равна нулю, т.к. эта точка закреплена неподвижно в опоре.

Cкорость точки B во вращении вокруг точки O2 равна:

B = 3LO2B, (2.7)

где 3 - угловая скорость звена O2C, с-1; LO2B - длина отрезка O2B, м.

Вектор O2C, Из построения скорость точки B равна:

B = Pvbv = 130,02 = 0,26 м/с(2.8)

Из построения скорость точки B во вращении вокруг точки A равна:

BA = abv = 66,000,02 = 1,32 м/с(2.9)

Угловая скорость звена O2C1 равна:

3 = B/LO2B = 0,26/0,30 = 0,87 с-1(2.10)

Угловая скорость звена AB равна:

2 = BA/LAB = 1,32/0,50 = 2,64 с-1(2.11)

Скорость т. S2 равна:

,(2.12)

где A - скорость точки А, м/с; S2A - скорость точки S2 во вращении вокруг точки A, м/с.

Вектор AB

Скорость точки S2 во вращении вокруг точки A равна:

S2A = 2LS2A = 2,640,25 = 0,66 м/с, (2.13)

где LS2A - длина отрезка S2A, м.

Из построения скорость точки S2 равна:

S2 = Pvs2v = 430,02 = 0,86 м/с(2.14)

Звено O2C:

Скорость т. C равна:

,(2.15)

где O2 - скорость точки O2, м/с; CO2 - скорость точки C во вращении вокруг точки O2, м/с.

Скорость т. O2 равна нулю, т.к. эта точка закреплена неподвижно в опоре.

Скорость точки C во вращении вокруг точки O2 равна:

CO2 = 3LO2C = 0,870,60 = 0,52 м/с, (2.16)

где LO2C - длина звена O2C, м.

Вектор O2C.

Скорость точки C равна:

C = CO2(2.17)

Отрезок Pvс равен:

Pvс = C/v = 0,52/0,02 = 26 мм(2.18)

Звено D:

Вектор - горизонтален.

Скорость т. D равна:

,

где - вертикальная составляющая вектора .

Величины и находится из построения:

D = Pvdv = 260,02 = 0,5 м/с(2.19)

Cверт = Pvdv = 0,50,02 = 0,01 м/с(2.20)

Построение плана ускорений

Звено O1A:

Угловое ускорение звена O1A равно нулю.

1 = 0 с-2.(2.21)

Ускорение точки А равно:

,(2.22)

где - ускорение точки O1, м/с2; - нормальная составляющая ускорения точки A во вращении вокруг точки O1, м/с2; - тангенциальная составляющая ускорения точки A во вращении вокруг точки O1, м/с2.

Ускорение точки O1 равно нулю, т.к. эта точка закреплена неподвижно в опоре.

Нормальная составляющая ускорения точки A во вращении вокруг точки O1 равна:

м/с2(2.23)

Тангенциальная составляющая ускорения точки A во вращении вокруг точки O1 равна:

м/с2(2.24)

Вектор O1A.

Ускорение точки A равно:

aA = = 17,135 м/с(2.25)



Отрезок Paa берется равным 85 мм, откуда находится масштаб:

a = aAO1 /Paa = 17,135/85 = 0,2 (2.26)

Звено AB:

Ускорение точки B равно:

,(2.27)

где - ускорение точки A, м/с2; - нормальная составляющая ускорения точки B во вращении вокруг точки A, м/с2; - тангенциальная составляющая ускорения точки B во вращении вокруг точки A, м/с2.

Нормальная составляющая ускорения точки B во вращении вокруг точки A равна:

м/с2(2.28)

Тангенциальная составляющая ускорения точки B во вращении вокруг точки A равна:

, м/с2(2.29)

Вектор AB.

Вектор AB.

С другой стороны ускорение точки B равно:

,(2.30)



где - ускорение точки O2, м/с2; - нормальная составляющая ускорения точки B во вращении вокруг точки O2, м/с2; - тангенциальная составляющая ускорения точки B во вращении вокруг точки O2, м/с2.

Ускорение точки O2 равно нулю, т.к. эта точка закреплена неподвижно в опоре.

Нормальная составляющая ускорения точки B во вращении вокруг точки O2 равна:

м/с2(2.31)

Тангенциальная составляющая ускорения точки B во вращении вокруг точки O2 равна:

, м/с2(2.32)

Вектор AB.

Вектор AB.

Отрезок равен:

(2.33)

Отрезок равен:

(2.34)

Из построения:

(2.35)

м/с2.(2.36)

(2.37)

Угловое ускорение звена AB равно:

(2.38)

Угловое ускорение звена O2С равно:

(2.39)

Ускорение точки S2 равно:

,(2.40)

где - ускорение точки A, м/с2; - нормальная составляющая ускорения точки S2 во вращении вокруг точки A, м/с2; - тангенциальная составляющая ускорения точки S2 во вращении вокруг точки A, м/с2.

Нормальная составляющая ускорения точки S2 во вращении вокруг точки A равна:

м/с2.(2.41)

Тангенциальная составляющая ускорения точки S2 во вращении вокруг точки A равна:



м/с2.(2.42)

Вектор AS2.

Вектор AS2.

Ускорение точки S2 равно:

м/с2.(2.43)

Звено O2C:

Ускорение точки C равно:

,(2.44)

где - ускорение точки O2, м/с2; - нормальная составляющая ускорения точки C во вращении вокруг точки O2, м/с2; - тангенциальная составляющая ускорения точки C во вращении вокруг точки O2, м/с2.

Ускорение точки O2 равно нулю, т.к. эта точка закреплена неподвижно в опоре.

Нормальная составляющая ускорения точки C во вращении вокруг точки O2 равна:

м/с2.(2.45)

Тангенциальная составляющая ускорения точки C во вращении вокруг точки O2 равна:

м/с2.(2.46)

Вектор O2C.

Вектор O2C.

Отрезок равен:

(2.47)

Отрезок равен:

(2.48)

Из построения:

aC = Paca = 1320,2 = 26,4 м/с2(2.49)

Звено D:

Вектор - горизонтален.

Ускорение т. D равно:

,(2.50)

где - вертикальная составляющая вектора .

Величины и находятся из построения:

aD = Pada = 1320,2 = 26,4 м/с2(2.51)

aCверт = Pada = 230,2 = 4,6 м/с2(2.52)



Расчет производится для 12 положений. Данные заносятся в таблицу 2.1

Таблица 2.1

Скорости и ускорения некоторых точек и звеньев механизма

Положение	,	D,м/с	S2,м/с	B,м/с	aD,м/с2	2,с-1	3,с-1	2,с-2	3,с-2
1	0	-0,50	-0,86	-0,26	26,40	2,64	0,87	6,00	-44,00
2	30	0,58	0,74	0,30	28,40	2,36	-1,00	-15,20	-48,00
3	60	1,76	1,06	0,88	31,40	1,32	-2,93	-38,40	-50,00
4	90	2,84	1,36	1,46	21,40	-0,60	-4,80	-56,00	-40,00
5	120	3,14	1,34	1,72	-13,40	-2,84	-5,73	-44,00	9,30
6	150	1,96	0,84	1,20	-34,80	-3,72	-4,00	-14,00	48,00
7	180	0,12	0,62	0,08	-49,00	-2,72	-0,40	30,80	94,70
8	210	-1,34	-1,04	-0,84	-29,40	-1,20	1,40	25,20	19,30
9	240	-2,30	-1,32	-1,32	-15,80	0,00	4,30	22,40	6,00
10	270	-2,52	-1,28	-1,32	0,00	0,84	4,30	18,40	-25,30
11	300	-2,24	-1,14	-1,12	14,00	1,64	3,80	13,60	-38,00
12	330	-1,50	-0,90	-0,76	23,00	2,24	2,53	38,00	-60,00

По данным таблицы 2.1 строятся графики зависимостей S от , от и a от .

Масштабы осей S, м; , м/с; a, м/с2 соответственно равны:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

Масштаб оси :

(3.4)

3. Динамический синтез рычажного механизма по коэффициенту неравномерности движения

Динамический синтез рычажного механизма по коэффициенту неравномерности движения сводится к определению момента инерции маховика, обеспечивающего приближенно равномерное движение звена приведения.

3.1 Построение графика приведенного момента сил сопротивления

Для нахождения уравновешивающей силы строются повернутые планы скоростей в сторону вращения кривошипа. Затем на них наносятся, действующие на механизм, силы тяжести звеньев и сила полезного сопротивления. Сила Pу прикладывается в точке a. Составляются уравнения моментов из которых выражается Pу. Для нахождения приведенного момента сопротивления, равного уравновешивающему моменту сила Pу умножается на длину звена O1A. Данные сводятся в таблицу 3.1.

,(3.5)

где G2 - сила тяжести второго звена, Н; G3 - сила тяжести третьего звена, Н; Fп.с. - сила полезного сопротивления, Н; hG2 - плечо силы G2, м; hG3 - плечо силы G3, м; hFп.с. - плечо силы Fп.с., м; hPу - плечо силы Pу, м.

,(3.6)

где LO1A - длина звена O1A, м.



Таблица 3.1

Расчет моментов сопротивления

Положения	G2, Н	G3, Н	Fп.с., Н	hG2, мм	hG3, мм	hFп.с, мм	hPу, мм	Pу, Н	Mс, Нм
1	490	588	0	32	0,5	28	65	246,0	24,60
2	490	588	0	27	0,5	30	65	208,0	20,80
3	490	588	0	17	1,5	88	65	141,7	14,17
4	490	588	0	6	14	142	65	171,9	17,19
5	490	588	0	1	34	157	65	315,1	31,51
6	490	588	0	11	35	98	65	233,7	23,37
7	490	588	135	31	2,5	6	65	-223,5	-22,35
8	490	588	135	41	26	66	65	-407,0	-40,70
9	490	588	135	31	31	115	65	-260,0	-26,00
10	490	588	135	10	20	126	65	5,5	0,55
11	490	588	334	12	8	111	65	588,5	58,85
12	490	588	214	28	0,5	75	65	462,5	46,25

Масштаб оси M:

(3.7)

Масштаб оси :

(3.8)

3.2 Построение графика работ

График работ строится графическим интегрированием графика моментов сопротивления методом секущих.

Масштаб оси A:

,(3.9)

где H - расстояние от центра координат до полиса, мм.

Масштаб оси :

(3.10)

Соединяя первую точку графика с последней, перенося полученную прямую в полис P находится момент движущих сил.

Mд = 280,41 = 11,48 Нм(3.11)

3.3 Построение графика изменения кинетической энергии

Для построения графика изменения кинетической энергии необходимо в каждой точке отложить разность .

Масштаб оси T:

(3.12)

Масштаб оси :

(3.13)

3.4 Построение графика приведенного момента инерции

За звено приведения принимается входное звено стержневого механизма.

Для каждого положения механизма приведенный момент инерции звеньев находится по формуле:

,(3.14)

где mi - масса звена i, кг; - момент инерции звена i относительно оси, проходящей через центр масс Si звена, кгм2; i - угловая скорость звена i, с-1; Si - скорость центра масс звена i, м/с.

Момент инерции звена, относительно оси, проходящей через центр масс для данного механизма находится по формуле:

,(3.15)

где mi - масса звена i, кг; li - длина звена i.

Для данного механизма формула примет вид:

(3.16)

Расчет для всех положений сводится в таблицу 3.2.

кгм2(3.17)

кгм2(3.18)

1 = 13,09 с-1(3.19)

рычажный кулачковый механизм маховик



Таблица 3.2

Расчет приведенного момента инерции

Положение	m2, кг	m3, кг	S2, м/с	B, м/с	2, с-1	3, с-1	, кгм2	, кгм2	, кгм2
1	50	60	-0,86	-0,26	2,64	0,87	1,04	1,80	0,441
2	50	60	0,74	0,30	2,36	-1,00	1,04	1,80	0,337
3	50	60	1,06	0,88	1,32	-2,93	1,04	1,80	1,002
4	50	60	1,36	1,46	-0,60	-4,80	1,04	1,80	2,263
5	50	60	1,34	1,72	-2,84	-5,73	1,04	1,80	3,136
6	50	60	0,84	1,20	-3,72	-4,00	1,04	1,80	1,719
7	50	60	0,62	0,08	-2,72	-0,40	1,04	1,80	0,396
8	50	60	-1,04	-0,84	-1,20	1,40	1,04	1,80	0,680
9	50	60	-1,32	-1,32	0,00	4,30	1,04	1,80	1,895
10	50	60	-1,28	-1,32	0,84	4,30	1,04	1,80	1,880
11	50	60	-1,14	-1,12	1,64	3,80	1,04	1,80	1,491
12	50	60	-0,90	-0,76	2,24	2,53	1,04	1,80	0,830

Масштаб оси :

(3.20)

Масштаб оси :

(3.21)

3.5 Построение диаграммы Виттенбауэра

Диаграмма Виттенбауэра строится путем графического исключения параметра из графиков изменения кинетической энергии механизма и приведенного момента инерции.



3.6 Определение момента инерции маховика

Для определения момента инерции маховика по заданному коэффициенту неравномерности движения следует провести касательные к диаграмме Виттенбауэра под углами max и min к оси абсцисс тангенсы которых определяются:

(3.22)

(3.23)

Откуда:

max = 75

min = 72

Искомый момент инерции маховика находится из выражения:

,(3.24)

где (kl) - отрезок, отсекаемый приведенными касательными на оси ординат диаграммы Виттенбауэра, мм.

Диаметр маховика со спицами находится по формуле:

,(3.25)

где - момент инерции маховика, кгм2; - плотность материала маховика, кг/м3; Б = b/d1; b - ширина ступицы маховика, м; d1 - внешний диаметр маховика, м; Д = d2/d1; d2 - внутренний диаметр маховика, м.

Подставив в формулу Б , Д и произведя математические преобразования получим:

Из технологических соображений принимается b = 100 мм; d2 = 200 мм.

Маховик чертится в масштабе = 0,2 мм/мм.



4. Синтез кулачкового механизма

4.1 Построение графиков

Двукратное интегрирование графика второй производной от перемещения выходного звена по углу поворота кулочка производится графически методом секущих.

Графики строятся по 10 точек в каждой фазе движения.

4.2 Определение основных параметров

Строится зависимость S от dS/d и графически находится меньший радиус кулачка Rмин и строится график изменения углов давления.

Rмин = 120 мм

4.3 Построение профиля кулачка

Способом обращения движения строится центровой профиль кулочка, затем определяется допускаемое значение радиуса роликаиз условий:

rр<0,8мин и rр<0,4Rмин,(4.1)

где мин - минимальный радиус кривизны для выпуклых участков центрового профиля кулочка, мм; Rмин - минимальный радиус центрового профиля кулочка, мм.

мин = 115 мм

Принимается rр = 45 мм

Профиль кулачка строится как огибающая семейства окружностей радиуса rр, центры которых расположены на центровом профиле.

Масштаб оси :

(4.2)

Масштаб оси :

(4.3)

Масштаб оси S:

(4.4)

Масштаб оси dS/d:

,(4.5)

где H2 - расстояние от центра координат до полиса, мм.

Масштаб оси :

,(4.6)

где H1 - расстояние от центра координат до полиса, мм.

При определении Rmin масштаб берется равным l = 0,00025 м/мм.

Строится зависимость S от dS/d путем измерения отрезков на соответствующих графиков, находится истинная величина этих отрезков умножением на масштаб соответствующего графика и при построении эта величина переводится в требуемый масштаб делением на l.

Профиль кулачка строится в том же масштабе l = 0,00025 м/мм.

Размещено на Allbest.ru