Анализ и синтез механизмов
Анализ и синтез механизмов
1. Структурное и кинематическое исследование плоско-рычажного механизма
1.1 Структурный анализ механизма
1.1.1 Наименование звеньев и их количество
Дана структурная схема механизма. Механизм предназначен для преобразования вращательного движения кривошипа 1 в возвратно-поступательное движение ползуна 5.
Для данного кривошипно-ползунного механизма (изображенного на 1 листе графического задания), наименование звеньев и их количество приведено в таблице 1.
Таблица 1
Наименование звена
|
Буквенное обозначение звена
|
Действительный размер, (мм)
|
Чертежный размер, (мм)
|
|
1. Кривошип
|
О1А
|
200
|
40
|
|
2. Кулиса
|
АС
|
1000
|
200
|
|
3. Ползун
|
В
|
-
|
-
|
|
4. Шатун
|
СD
|
500
|
100
|
|
5. Ползун
|
D
|
-
|
-
|
|
6. Неподвижная стойка
|
О1О2О3
|
Х1=400
X2=600
|
80
120
|
|
|
Всего звеньев 6 из них подвижных n=5
1.1.2 Кинематические пары и их классификации
Для данного кривошипно-ползунного механизма кинематические пары и их классификации приведены в таблице 2.
Таблица 2
Обозначение КП
|
Звенья составляющие КП
|
Вид движения
|
Подвижные КП (класс)
|
Высшая или низшая
|
|
О1
|
0-1
|
вращательное
|
P1(V)
|
низшая
|
|
А
|
1-2
|
вращательное
|
P1(V)
|
низшая
|
|
B3
|
2-3
|
поступательное
|
P1(V)
|
низшая
|
|
О2
|
0-3
|
вращательное
|
P1(V)
|
низшая
|
|
C4
|
2-4
|
вращательное
|
P1(V)
|
низшая
|
|
С5
|
4-5
|
вращательное
|
P1(V)
|
низшая
|
|
S5
|
0-5
|
поступательное
|
P1(V)
|
низшая
|
|
|
Всего звеньев 6 из них подвижных n=5
1.1.3 Степень подвижности механизма
Число степеней свободы (степень подвижности) кривошипно-ползунного механизма определяется по формуле П.Л. Чебышева:
где n - число подвижных звеньев механизма;
P1 - число одноподвижных кинематических пар.
Т.к. W=1 механизм имеет одно ведущее звено и это звено №1.
1.1.4 Разложение механизма на структурные группы (группы Ассура)
Проведенное разложение кривошипно-ползунного механизма на структурные группы (группы Ассура) приведено в таблице 3.
Таблица 3
Группа
|
Эскиз группы
|
Звенья составляющие группу
|
КП в группе
|
Степень подвижности
|
Класс, порядок, модификация группы
|
|
|
|
|
внутренние
|
внешние
|
|
|
|
Ведущая группа
|
О1 А
|
1-0
|
О1
|
А
|
W=1
|
1 кл.
1 вид.
|
|
Группа Ассура
|
О2
А
B
|
2-3
|
B3(2-3)
|
А (2-1)
О2(0-3)
|
W=1
|
II кл., 2 пор., 3 модиф.
|
|
Группа Ассура
|
О3
D
С
|
4-5
|
D4(4-5)
|
C (2-4)
D5(0-5)
|
W=1
|
II кл., 2 пор., 2 модиф.
|
|
|
1.1.5 Структурная формула механизма (порядок сборки)
К механизму 1 класса, 1 вида состоящего из звеньев 0 и 1 присоединена группа Ассура II класса, 2 порядка, 3 модификации состоящая из звеньев 2 и 3. К этой группе присоединена группа Ассура II класса, 2 порядка, 2 модификации состоящая из звеньев 4 и 5.
1.2 Кинематический анализ механизма
Цель: определение положения звеньев и траектории движения их точек, определение скоростей и ускорений точек звеньев, а также определение угловых скоростей и угловых ускорений звеньев по заданному закону движения ведущего звена.
1.2.1 Графический метод кинематического анализа
Заключается в построении графиков перемещении, скорости и ускорения последнего звена механизма в функции от времени (построение кинематических диаграмм) и определение их истинных значений.
1.2.1.1 Построение планов положения механизма
Кинематический анализ начинаем с построения плана положения механизма. Для этого должны быть известны:
1) размеры звеньев механизма, м;
2) величина и направление угловой скорости ведущего звена .
Размеры звеньев механизма равны:
Выбираем масштабный коэффициент длины:
Нулевым положением является крайнее нижнее положение ползуна 5 - начало преодоления силы F п.с.
Построенный план положения механизма представлен на листе №1 графической части курсового проекта.
Длина отрезков, изображающих звенья механизма на чертеже, будут равны:
1.2.1.2 Построение диаграммы перемещений
Диаграмма перемещений пятого звена является графическим изображением закона его движения.
Проводим оси координат (графическая часть, лист №1). По оси абсцисс откладываем отрезок , представляющий собой в масштабе время Т(с) одного периода (время одного полного оборота выходного звена):
Масштабный коэффициент времени:
Откладываем перемещение выходного звена по оси ординат, принимаем за нулевое - крайнее нижнее положение ползуна. Масштабный коэффициент будет равен:
Построенная диаграмма представлена на листе №1 графической части курсового проекта.
1.2.1.3 Построение диаграммы скорости
Построение диаграммы скорости осуществляется методом графического дифференцирования диаграммы угла поворота (методом хорд).
Н1=25 мм - расстояние до полюса графического дифференцирования (Р1).
Масштабный коэффициент диаграммы угловой скорости:
Построенная диаграмма скорости представлена на листе №1 графической части курсового проекта.
1.2.1.4 Построение диаграммы ускорения
Построение диаграммы ускорения осуществляется методом графического дифференцирования диаграммы угловой скорости.
Н2=15 мм - расстояние до полюса графического дифференцирования (Р2).
Масштабный коэффициент диаграммы углового ускорения:
Построенная диаграмма ускорения представлена на листе №1 графической части курсового проекта.
Истинные значения перемещения, скорости и ускорения приведены в сводной таблице 4.
Таблица 4
№ положения
|
l, м
|
v, м/с
|
a, м/с2
|
|
0
|
0,00
|
0,00
|
14,56
|
|
1
|
0,07
|
1,02
|
6,48
|
|
2
|
0,15
|
0,99
|
-1,38
|
|
3
|
0,22
|
0,88
|
-0,63
|
|
4
|
0,29
|
0,92
|
1,64
|
|
5
|
0,36
|
1,11
|
2,97
|
|
6
|
0,46
|
1,33
|
1,95
|
|
7
|
0,56
|
1,34
|
-3,19
|
|
8
|
0,65
|
0,59
|
-28,31
|
|
9
|
0,62
|
-2,69
|
-35,90
|
|
10
|
0,29
|
-4,53
|
0,94
|
|
11
|
0,02
|
-1,20
|
19,41
|
|
|
1.2.2 Графоаналитический метод кинематического анализа
1.2.2.1 Построение плана скорости
Исходные данные:
Угловая скорость ведущего звена
1. Абсолютная скорость точки А1 на конце ведущего звена 1
2. Масштабный коэффициент:
Длинна вектора скорости точки А:
3. Скорость средней точки первой группы Ассура - точки В определяем через скорости крайних точек этой группы А и О2.
Скорость точки В относительно точки А:
Скорость точки В относительно точки О2:
Отрезок представляет собой вектор скорости точки B, решаем графически.
4. По свойству подобия находим на плане скоростей точку С, которая принадлежит звену 2 и 4, то есть является крайней точкой второй группы Ассура.
Длину вектора определяем из соотношения:
откуда:
Отрезок представляет собой вектор скорости точки С.
5. Скорость средней точки второй группы Ассура D4 определяем через скорости крайних точек этой группы С и О3.
Скорость точки D4 относительно точки С:
Скорость точки D4 относительно точки О3:
Отрезок представляет собой вектор скорости точки D4, решаем графически.
Центры тяжести весомых звеньев определяем по свойству подобия.
6. Пользуясь планом скорости, определяем истинные (абсолютные) значения скоростей точек механизма:
7. Определяем абсолютные величины угловых скоростей звеньев:
где lАВ = lАВ•?l =89,38· 0,005 = 0,4469 м
1.2.2.2 Построение плана ускорения
Исходные данные: 1. Кинематическая схема механизма (1 лист)
2. Угловая скорость ведущего звена
3. План скоростей для заданного положения.
1. Абсолютное ускорение точки А на конце ведущего звена:
2. Масштабный коэффициент:
Длина вектора ускорения точки А1:
3. Ускорение средней точки первой группы Ассура - точки В2 определяем через ускорения крайних точек этой группы А и О2.
Ускорение точки В2 относительно точки А:
Ускорение точки В относительно точки О2:
Величина ускорения Кориолиса определяется по модулю формулой:
Длина вектора, изображающего ускорение Кориолиса на плане ускорений равна:
Для определения направления ускорения Кориолиса вектор относительной скорости поворачиваем на 90о по направлению угловой скорости .
Из конца вектора проводим линию действия релятивного ускорения параллельную звену АВ.
Решаем графически.
4. По свойству подобия находим на плане ускорения точку С, которая принадлежит звеньям 2 и 4, то есть является крайней точкой второй группы Ассура.
откуда:
5. Ускорение средней точки второй группы Ассура - точки D4 определяем через ускорения крайних точек этой группы C и О3, причем точка D4 принадлежит звену 4 и совпадает с точкой D5.
Ускорение точки D4 относительно точки С:
Ускорение точки D4 относительно точки О3:
Решаем графически.
Центры тяжести весомых звеньев определяем по свойству подобия
6. Пользуясь планом ускорений, определяем истинные (абсолютные) значения ускорений точек механизма:
7. Определяем абсолютные величины угловых ускорений звеньев:
На этом кинематическое исследование кривошипно-ползунного механизма завершено.
2. Силовой анализ плоско-рычажного механизма
2.1 Определение внешних сил
К звену 5 приложена сила полезного сопротивления FПС, направление которой указано на схеме.
Величина FПС = 1200 Н.
Масса звеньев:
где q = 10 - вес 1 метра длины звена, кг/м
Страницы: 1, 2, 3
|