Кинематическое и силовое исследование кривошипно-ползунного механизма

Основные главы по теме:

1. исследование инерционного форсирующего звена
2. Кинематический анализ рычажного механизма
3. Силовой анализ рычажного механизма
4. Построение кинематической схемы механизма
5. Вычисление уравновешивающей силы с помощью рычага
6. Построение планов скоростей механизма
7. Расчет кулачкового механизма

Краткое содержание глав:

исследование инерционного форсирующего звена

Согласно [1, с.36] схема инерционного форсирующего звена может быть построена на базе операционного усилителя, трех резисторов и конденсатора. Так как в схеме используется инвертирующий вход операционного усилителя, ее необходимо дополнить последовательно включенным инвертором напряжения [1, с.38]. Окончательная схема модели инерционного звена приведена на рис.6.

Установим значения Параметры остальных элементов рассчитаем по формулам [1, с.41] в соответствии с исходными данными:

Собираем схему, аналогичную рис.2, для исследования инерционного форсирующего звена в программе ASIMEC. Снимаем переходную характеристику инерционного форсирующего звена (см. рис.7).

По переходной характеристике определяем величину скачка при t=0 , установившееся значение и время переходного процесса Рассчитаем параметр λ:

Проводим анализ в частотной области и получаем экспериментальные ЛАЧХ и ЛФЧХ. Частотные характеристики представлены на рис.8.
…

Кинематический анализ рычажного механизма
Задача кинематического анализа механизмов заключается в определении таких кинематических параметров, как положение звеньев механизма в различные моменты времени, траектории движения отдельных точек, скоростей и ускорений характерных точек механизма, а также угловых скоростей и ускорений звеньев механизма.
Исходные данные для кинематического анализа представлены в таблице 1.4.
Таблица 1.4 – Исходные данные

м
об/мин
0,4
1,5
1,7
0,9
0,6
0,3
0,6
1,0
0,4
1,2
80
1.2.1 Метрический синтез механизма
План положений механизма – это графическое изображение взаимного расположения звеньев механизма за рассматриваемый промежуток времени, выполненное в определенном масштабном коэффициенте.
Построение плана положения начинают с изображения элементов стойки, т.е. шарнирно-неподвижных опор и направляющих. Далее последовательно изображают ведущие звенья в заданных положениях и структурные группы звеньев.
…

Силовой анализ рычажного механизма
1.3.1 Цель, задачи и методы силового расчёта
Целью силового расчета является определение реакций в кинематических парах и уравновешивающей силы или уравновешивающего момента, приложенных к кривошипу.
При силовом расчете связанной системы, какой является механизм, применяют принцип Даламбера совместно с принципом освобождаемости от связей.
Согласно принципу Даламбера, механизм может рассматриваться как находящееся в равновесии система, если по всем внешним силам, действующем на него, добавить силу инерции и момент сил инерции.
Уравнения равновесия, записанные с учетом сил инерции, называют уравнениями кинетостатики.
Согласно принципу освобождаемости можно отбросить отдельные связи и прикладывать к системе соответствующие этим связям реакции, что позволяет расчленять механизм на статически определимые группы звеньев, какими являются группы Асура.
Исходные данные для кинематического анализа представлены в таблице 1.9.
Таблица 1.
…

Построение кинематической схемы механизма
Выбираем масштаб длин µl. Пусть радиусу кривошипа lOA=0,06 м соответствует на чертеже отрезок OA= 30 мм. Тогда масштаб построения будет равен:

Вычисляем чертежные размеры.
Длина шатуна 2:

Расстояние до центров масс звеньев:

Механизм строим методом засечек. Строим неподвижный шарнир O. Строим окружность OA радиусом 30 мм с центром в точке O. За нулевое положение принимаем крайнее правое положение. Разбиваем окружность на 12 частей с равным угловым шагом по ходу движения кривошипа. Делаем засечку с центром в точке A и радиусом AB равным 156 мм. Ищем пересечение окружности с неподвижной направляющей ползуна 3. Точка пересечения и будет искомой точкой B. Для 12-ти остальных положений делаем аналогичные построения. План механизма представлен на Рис. 3

Рис. 3 – План механизма
2.3 Построение планов скоростей механизма
Построение плана скоростей проведем для положения 1.
…

Вычисление уравновешивающей силы с помощью рычага Жуковского

С целью проверки правильности силового расчета механизма уравновешивающий момент определяем с помощью «жесткого рычага» Жуковского.
Для этого на план скоростей, повернутый на 900 в изображающие точки, переносим все заданные силы, включая силы инерции и уравновешивающую силу. Из условия равновесия плана скоростей, как «жесткого рычага», определяем уравновешивающую силу ; последнюю прикладываем в точке а, считая ее как бы приложенной в точке А кривошипа, и направляем ее перпендикулярно линии кривошипа О1А.
Таким образом
,

Откуда
.
Знак «+» перед значением силы показывает, что момент данной силы относительно полюса плана скоростей направлен против часовой стрелки.
Величину уравновешивающего момента определяем по уравнению
Н·м.
За положительное направление уравновешивающего момента, принимаем направление, противоположное вращению кривошипа.
…

Построение планов скоростей механизма
Построение плана скоростей проведем для положения 1.
Скорость точки A начального звена равна:

вектор скорости направлен перпендикулярно звену 1 в сторону, соответствующую направлению угловой скорости .
Скорость центра масс начального звена равна:

На плане скоростей скорость точки A, принадлежащей звену 1, изображается отрезком . Выбираем длину отрезка равной 69,96 мм. Тогда масштабный коэффициент плана скоростей будет равен:

Из произвольной точки на плоскости проводим отрезок в масштабе плана скоростей . Этот отрезок изображает скорость точки A.
Длина отрезка, изображающего скорость центра масс равна:

Определим скорость точки B, принадлежащей одновременно звеньям 2 и 3. Звено 3 совершает возвратно-поступательное движение вдоль неподвижной направляющей. Мы знаем направление скорости точки B по направлению. Звено 2 совершает сложное плоскопараллельное движение.
…

Заключения по теме:

В ходе выполнения работы получены следующие результаты: 1. Выполнен структурный анализ механизма. Выявлена структура рычажного механизма и последовательность присоединения групп Ассура к начальному звену. Рассмотренный механизм, являющийся механизмом второго класса, структурно работоспособен. 2. Решены задачи определения линейных скоростей и ускорений точек, а также угловых скоростей и ускорений звеньев. 3. Для заданного положения механизма проведен силовой расчет, определены реакции в кинематических парах механизма. Величина уравновешивающей силы, приложенной к кривошипу ОА определена двумя методами, методом планов и методом рычага Н.Е. Жуковского, погрешность расхождения результатов составила 0,39%. Список использованной литературы 1. Артоболевский И.И Теория механизмов и машин. М., 1988. 640 с. 2. Фролов К.В., Попов С.А., Мусатов А.К. и др. Теория механизмов и машин / Под ред. К.В.Фролова. М., 1987. 496 с. 3. Юдин В.А., Петрокас Л.В.Теория механизмов и машин. М., 1977. 527 с.

В ходе проведенной работы мною были приобретены навыки проведения кинематического анализа и динамического синтеза рычажных механизмов. Были произведены все необходимые расчеты и построения графиков зависимостей, приведенных к ведущему звену момента сил сопротивления и момента инерции звеньев механизма, работы сил сопротивления, работы движущих сил от угла поворота ведущего звена. Для одного положения механизма при рабочем ходе построен план скоростей и ускорений, проведен динамический синтез механизма. Построен рычаг Жуковского. 1 Cписок литературы 1. «Теория механизмов и машин» - И.И. Артоболевский - Москва 1975; 2. «Курс теории механизмов и машин» - В.А. Зиновьев - Москва 1975; 3. «Теория механизмов и машин. Курсовое проектирование» - учебное пособие. В.Н. Епифанов - Киров 1997. 4. СТП ВятГУ 101-2004:Общие требования к оформлению текстового документов/ВятГУ.-Киров,2004.-28 с.

При выполнении курсового проекта были проведены структурный, ки­нематический и силовой анализ плоского рычажного механизма. Также про­ведены расчёты по построению кулачкового механизма роликового толкате­ля и проведён синтез зубчатой передачи. В ходе выполнения курсового про­екта закрепляются знания, полученные при изучении курса «Теория меха­низмов и машин». Также студент учится самостоятельно пользоваться лите­ратурой и принимать различные технические решения при выполнении кон­кретных задач. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Н.И. Ахметшин, А.С. Гамова, Н.Ф. Родиков «Структурный, кинемати­ческий анализ и силовой анализ плоских рычажных механизмов». Учебное пособие к курсу проекту по теории механизмов и машин, 1984 г. 2. А.И. Баранкин, А.С. Гамова, В.А. Пермяков «Анализ и синтез плоских механизмов с высшими кинематическими парами» - Учебное пособие по курсу «Теория механизмов и машин», 1984 г.