Проектирование кривошипно-коромыслового механизма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Задание на курсовой проект

1. Структурный и кинематический анализ механизма

1.1 Структурный анализ механизма

1.2 Кинематический анализ механизма

2. Силовой расчёт кривошипно-коромыслового механизма

2.1 Определение сил тяжести и сил инерции звеньев

2.2 Силовой анализ группы Асура 2-3

2.3 Силовой анализ ведущего звена

2.4 Определение уравновешивающей силы методом Н.Е. Жуковского

3. Расчёт махового колеса для кривошипно-коромыслового механизма

3.1 Определение приведенной силы и приведенного момента сил сопротивления

3.2 Определение приведенного момента инерции

3.3 Определение размеров махового колеса

4. Анализ и синтез зубчатого привода

4.1 Определение общего передаточного отношения и передаточных отношений передач

4.2 Определение размеров пары зубчатых колес

4.3 Построение картины зубчатого зацепления

5. Синтез кулачкового механизма

5.1 Определение законов движения толкателя

5.2 Построение графика перемещения

5.3 Построение графика скоростей

5.4 Построение графика ускорений

5.5 Кулачковый механизм с поступательным движением толкателя

Литература

Задание на курсовой проект

Кривошипно-коромысловый механизм.

Число оборотов кривошипа -180 об/мин.

Длина кривошипа ОА = 0,10 м.

Длина шатуна АВ = 0,50 м.

Координаты точки С( x_с=0,5м, y_с=0 м).

Длина коромысла ВС=0,25 м.

Сила сопротивлений P_max = 0,5 кН.

Коэффициент неравномерности хода д = 0,08.

Зубчатый механизм.

Число зубьев колеса z₅=18.

Число зубьев колеса z₆=26.

Модуль зацепления m = 1,5мм.

Кулачковый механизм.

Коромысло: Угол качания в _max=25°

Длина l=150 мм.

Угол удаления ц_у = 60°.

Угол верхнего выстоя ц_вв = 60°.

Угол возвращения ц_в = 60°.

Предельный угол давл. б _max=40°.

1. Структурный и кинематический анализ механизма

1.1 Структурный анализ механизма

Кривошипно-коромысловый механизм состоит из трёх частей:

а) Кривошип;

б) Шатун;

в) Коромысло.

Определяем число степеней механизма:

W = 3•n - 2•P₅ - 1•P₄

n = 3

P₅ = 4 (1 - 0; 1 - 2; 2 - 3; 3 - 0)

W = 9 - 8 = 1

Построение двенадцати положений механизма.

Определяем масштаб длины:

Y_с=0мм;

X_c=

Далее производим построение на чертеже.

1.2 Кинематический анализ механизма

кривошипный коромысловый механизм

План скоростей

Определяем скорость ведущего звена

Далее производим построение скоростей на чертеже и находим V_B. Результаты измерений заносим в таблицу 1.

План ускорений.

Определяем ускорение ведущего звена:

Для 11-го положения механизма:

;

Для 2-го положения механизма:

;

Определяем угловые скорости и угловые ускорения для звеньев AB и BС механизма.

щ_AB=

щ_ВС=

Угловые ускорения для звеньев AB и BС определяем по формулам:

е_AB=

е_ВС=

Кинематическое исследование методом диаграмм.

t=60/n=60/180=0,33 с

Масштаб времени равен:

м_t=

2. Силовой расчёт кривошипно-коромыслового механизма

2.1 Определение сил тяжести и сил инерции звеньев

Определяем массу звеньев:

, [кг],

где удельная масса длины

m₁ = 0,1•20 = 2 кг

m₂ = 0,5•20 = 10 кг

m₃ = 0,25•20 = 5 кг

Определяем силы тяжести каждого из звеньев:

G_i=m_i•q_i

G₁= 9,8•2 = 19,6 Н

G₂= 9,8•10 = 98 Н

G₃= 9,8•5 = 49 Н

Cилы инерции звеньев механизма:

P_ui = m_i•s_i•_a Н

Р_u1 = 2•35·0,5 = 35 Н

Р_u2 = 10•54·0,5 = 270 Н

Р_u3 =5·54·0,5 = 135 Н

2.2 Силовой анализ группы Асура 2-3

Определяем положение центра качания звена ВС:

мм

где I_s3 - момент инерции звена ВС в точке S₃

кг•м²

м

Определяем положение центра качания звена АВ:

мм

где I_s2 - момент инерции звена АВ в точке S₂

кг•м²

м

Уравнение моментов сил относительно точки В звена 2:



Уравнение моментов сил относительно точки В звена 3:

Уравнение равновесия сил, приложенных к структурной группе 2-3:

Масштаб плана сил группы 2-3

Из векторной суммы находим

(звена 2)

R₁₂ + G₂ + P_U2 + R₂₃ = 0

R₂₃ = 150•4 =600 Н

2.3 Силовой анализ ведущего звена

Уравнение моментов всех сил, приложенных к кривошипу относительно опоры 0

Векторное уравнение равновесия сил, приложенных к кривошипу:

Масштаб плана сил ведущего звена:

2.4 Определение уравновешивающей силы методом Н.Е. Жуковского

;

Уравнение моментов всех сил относительно полюса плана скоростей Р:

Расхождение результатов определения уравновешивающей силы методом Н.Е. Жуковского и методом построения планов сил не должна составлять более 5%:

0,17 %<5% , что допустимо.

3. Расчёт махового колеса для кривошипно-коромыслового механизма

3.1 Определение приведенной силы и приведенного момента сил сопротивления

Расчет приведенной силы производим по формуле:

Расчет приведенного момента производим по формуле:

М_пр = Р_прОА

Все расчеты сводим в таблицу 2.

Таблица 2 Расчет приведенного момента

№							G3
0	40	0,43	-19,6	40	0,43	-98	0	0	0	0	0	-5,06
1	47	0,5	-19,6	58	0,62	-98	-49	38	0,4	-250	-176,44	-17,6
2	40	0,43	-19,6	57	0,61	-98	-49	73	0,78	-500	-468	-46,8
3	23	0,24	-19,6	36	0,38	-98	-49	92	0,98	-500	-538,8	-53,9
4	0	0	0	4	0,04	-98	-49	91	0,97	-500	-490,9	-49,09
5	23	0,24	19,6	25	0,27	98	49	0	0	0	32,14	3,2
6	41	0,44	19,6	42	0,45	-98	49	0	0	0	53,2	5,3
7	47	0,5	19,6	43	0,46	98	-49	0	0	0	52,8	5,28
8	41	0,44	19,6	45	0,48	98	49	0	0	0	57	5,7
9	23	0,24	19,6	39	0,41	98	49	0	0	0	52,7	5,27
10	0	0	0	17	0,18	98	49	0	0	0	27	2,7
11	23	0,24	-19,6	11	0,12	-98	49	0	0	0	-10,1	-1,01

По итогам расчетов строим график М_пр, далее строим, график приращения работ:

3.2 Определение приведенного момента инерции

Расчет приведенного момента производим по формуле:

J₁=m₁·OS₁²=2·0,047²=0,004

Все расчеты сводим в таблицу 3.

Таблица 3 Расчет приведенного момента

№
0	0,004	47	0,000011	0,024	94	0,0000009	0,00000047	0	0,008	0	0,036
1	0,004	60		0,04	78			38	0,005	0,0007	0,05
2	0,004	81		0,07	50			73	0,002	0,003	0,079
3	0,004	92		0,093	22			92	0,0004	0,004	0,1
4	0,004	92		0,093	9			91	0,00007	0,004	0,1
5	0,004	79		0,07	43			68	0,002	0,002	0,078
6	0,004	52		0,03	86			15	0,007	0,0001	0,041
7	0,004	52		0,03	117			58	0,01	0,002	0,046
8	0,004	85		0,08	91			100	0,007	0,005	0,096
9	0,004	97		0,1	24			101	0,0005	0,005	0,11
10	0,004	80		0,07	47			73	0,002	0,003	0,079
11	0,004	58		0,04	86			39	0,007	0,0007	0,0517

По итогам расчетов строим график I_пр

3.3 Определение размеров махового колеса

Момент инерции маховика:

Масса маховика:

В = 5,43 см

Н = 3 см

4. Анализ и синтез зубчатого привода

4.1 Определение общего передаточного отношения и передаточных отношений передач

=7,0;

Z₄=(U_1н-1)·Z₁=6·Z₁;

Условие сборки:

Выполняется при К=3 и р=0

Принимаем Z₁=18; Z₂=45; Z₄=108

Условие соседства



будет выполняться при .

4.2 Определение размеров пары зубчатых колес

Z₁=18;

Z₂=45;

m=1,5мм.

Диаметры делительных окружностей будут:

d₁=mZ₁=1,518=27 мм

d₂=mZ₂=1,545=67,5 мм

Диаметры впадин зубьев:

Диаметры вершин зубьев:

Начальные диаметры:



Шаг окружной:

Толщина зуба по делительной окружности:

Шаг основной:

P_в=р·m·cosб

P_в=3,14·1,5·cos20°=4,43

Коэффициент высоты зуба рейки:

h_a^?=1

Коэффициент радиального зазора:

C^?=0,25

Межосевое расстояние:

a_щ=0,5·m·(z₁+z₂)

a_щ=0,5·1,5·63=47,25

Передаточное число:

u=z₂/z₁=45/18=2,5

Диаметры основных окружностей:

d_в1=d₁·cosб

dв2=d2*cosб

d_в1=27·0,94=25,38

d_в2=67,5·0,94=63,45

Угловой шаг:

ф₁=360°/z₁=360/18=20

ф₂=360°/z₂=360/45=8

4.3 Построение картины зубчатого зацепления

Определяем масштаб диаметров колеса:

Производим построение зубчатого зацепления, ссылаясь на методические указания.

Графоаналитический метод:

Скорость точки А:

V_A=

м/с^.мм

м/с

5. Синтез кулачкового механизма

5.1 Определение законов движения толкателя

Дано: - фазовые углы поворота кулачка.

Вычислим масштаб:

где отрезок - выбираем длиной 180 мм.

5.2 Построение графика перемещений

1. Проводим оси абсцисс и оси ординат для всех трех графиков и на горизонтальной оси откладываем в масштабе углы , , . Угол делим на равное (четное) число частей, то же делаем и для угла .

2. На графике участка , на угол 60° в масштабе:

.

Строим синусоиду перемещения, соответствующую графику перемещения толкателя на участке .

5.3 Построение графика скоростей

1. Откладываем полюсное расстояние:

2. Проводим луч P₁d || оm.

Так как ускорение на участке изменяется по синусоидальному закону, то скорость на этом участке будет изменяться по косинусоидальному закону, и на участке - по закону квадратной параболы.

3. Пользуясь табл. 2 [4] характеристик законов движения, находим на участке

И откладываем отрезок g₁e₁=2od.

Используя окружность радиусом od^/, строим график

4. Для участка из таблицы 2 [4]заключаем, что:

и откладываем отрезок ge=1,5o₁d.

Строим графическим методом квадратную параболу.

5. Интегрируем график на участке .

Здесь можно воспользоваться окружностью радиусом:

6. Дифференцируем график на участке . Полученный кривая будет представлять собой два участка кубической параболы с выпуклостью на участке, где скорость возрастает, и с выпуклостью вверх на участке, где скорость убывает.

5.4 Построение графика ускорений

1. На участке с помощью табл. 2 [5] находим максимальное значение ускорения:

2. Используя полуокружность радиусом , строим синусоиду.

3. На участке с помощью табл. 2 [5] находим максимальное значение ускорения:

6. Проводим прямую графика на участке .

5.5 Кулачковый механизм с поступательным движением толкателя

Минимальный радиус равен толкателя 15мм.

Значение радиуса кулачка на чертеже (в масштабе) R₀ = 87мм, реальный размер R₀=87 мм.

Построение кулачка ведётся по методичке.

Литература

1. Кануник И.А. Теория машин и механизмов. Структурный и кинематический анализ и синтез рычажно-шарнирных механизмов. Учебное пособие по курсовому проектированию для студентов специальностей 170400, 170500, 170600, 171100 очной и заочной форм обучения. Красноярск: СибГТУ, 2003.-48с.

2. Кануник И.А. Теория машин и механизмов. Силовой анализ рычажно-шарнирных механизмов. Учебное пособие по курсовому проектированию для студентов специальностей 170400, 170500, 170600, 171100 очной и заочной форм обучения. Красноярск: СибГТУ, 2003.-43с.

3. Кануник И.А. Теория машин и механизмов. Кинематический анализ и синтез зубчатых механизмов. Учебное пособие по курсовому проектированию для студентов специальностей 170400, 170500, 170600, 171100 очной и заочной форм обучения. Красноярск: СибГТУ, 2003.-63с.

4. Кануник И.А. Теория машин и механизмов. Синтез кулачковых механизмов. Учебное пособие по курсовому проектированию для студентов специальностей 170400, 170500, 170600, 171100 очной и заочной форм обучения. Красноярск: СибГТУ, 2003.-48с.

Размещено на Allbest.ru