Оглавление 

                                                                                                              Ст. 

1 Введение                                                                                           2 

2 Общая часть                                                                                   4 

3 Динамический синтез рычажного механизма                             5                                                                                                             

4 Динамический анализ рычажного механизма                             14       

5 Синтез зубчатой передачи                                                             18 

6 Синтез кулачкового механизма                                                    23 

7 Литература                                                                                      27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

   Создание  современной машины требует от конструктора всестороннего анализа проекта. Расходы на изготовление и эксплуатацию должны быть минимальными, но обеспечивающими достижение заданных параметров. Из допустимого множества решений конструктор выбирает компромиссное решение с определенным набором параметров и проводит сравнительную оценку различных вариантов. Выделяют главные критерии, а вспомогательные показатели используют как ограничения, накладываемые на элементы решения. Единой системой конструкторской документации (ЕСКД) установлено 5 стадий разработки документации на изделия всех отраслей промышленности: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект и разработка рабочей документации. Основная целькурсового проектирования – привить навыки использования общих методов проектирования и исследования механизмов для создания конкретных машин и приборов разнообразного назначения. Курсовое проектирование включает:

   -структурный  анализ рычажного механизма и  определение его размеров и  параметров; выбор динамической  модели; расчет приведенных моментов  инерции; расчет приведенных моментов инерции и приведенных сил; расчет истинной угловой скорости звена;

   -кинематическую  схему механизма в заданном  положении; план скоростей и план ускорений; схемы групп Асура и механизма 1 класса; планы сил для каждой групп Асура и механизма 1 класса;

   -проектирование схемы планетарного механизма; проектирование цилиндрической эвольвентой зубчатой передачи внешнего зацепления; построение картины эвольвентного зацепления;

   -кинематические диаграммы перемещений, аналогов скоростей и ускорений выходного звена; диаграмму для определения основных размеров кулачкового механизма; центрового и действительного профиля кулачка; диаграмму изменения силы инерции выходного звена от его перемещения.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   В отличие  от традиционного выполнения проекта  с использованием в основном графических методов курсовой проект ориентирован на применение современной вычислительной техники. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел 1: Общая часть.

Принцип действия машинного  агрегата. 

Поршневой компрессор.

Одноцилиндровый поршневой компрессор двойного действия предназначен для получения сжатого воздуха. Движение от электродвигателя передается кривошипу через планетарный редуктор и зубчатую передачу z₄—z₅. Преобразование вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью рычажного механизма, состоящего из кривошипа, шатуна и ползуна (поршня). Изменение давления в цилиндре при движении поршня характеризуется индикаторной диаграммой . Всасывание воздуха в цилиндр происходит через впускные клапана во время хода поршня справа налево и слева направо. Нагнетание сжатого воздуха осуществляется через выпускные клапана при ходе поршня слева направо и справа налево.

Смазываются механизмы компрессора плунжерным масляным насосом кулачкового типа. Кулачок , закрепленный на одном валу с зубчатым колесом z₄ приводит в движение толкатель (плунжер насоса). Для получения требуемой равномерности движения на кривошипном валу закреплен маховик.

Поршневой компрессор имеет более высокий  КПД по сравнению с поршневым компрессором простого действия, что связано с тем ,что за один оборот кривошипа компрессор делает два рабочих хода. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 Раздел 2: Динамический синтез рычажного механизма.

2.1 Задачи и методы  динамического синтеза  и анализа машинного агрегата.

К задачам  динамического анализа относятся:

а) Изучение влияния внешних сил, сил веса звеньев, сил трения и массовых сил (сил инерции)  на звенья механизма, на элементы звеньев, на кинематические пары и неподвижные опоры и установление способов уменьшения динамических нагрузок, возникающих при движении механизма;

б) Изучение режима движения механизма под действием  заданных сил и установление способов, обеспечивающих заданные режимы движения механизма.

   Первая  задача носит название силового анализа механизмов, а вторая задача – динамика механизмов.

   При решении задач синтеза применяют два основных метода:

   Аналитический метод решения,

   Графический метод решения (наиболее часто применяемый при выполнении курсового проекта).

   При решении данных задач составляют динамическую модель, выбор  которой описывается ниже.  

2.2Исходные данные проектирования.

 Схема рычажного механизма                        Индикаторная диаграмма           

                                                          Н                              S

 
 
 
 
 
 
 
 

 Исходные  параметры:

 Н=0,3м – ход ползуна;

 V_р=3,81м/с средняя скорость ползуна;

 λ= 0,3 – отношение длины кривошипа к длине шатуна;

 m₁22,49 кг, m₂=14,99 кг, m₃ =22,49 кг –масса 1, 2 и 3 звеньев;

 J_a =0,152 кг∙м²; J_S2=0,636 кг∙м² – Моменты инерции кривошипа (шатуна)             относительно оси проходящей через центр масс;

 ε =0,0823– отношение эксцентриситета к длине кривошипа;

  =1/15–коэффициент неравномерности вращения кривошипа; 

2.3 Структурный анализ рычажного механизма.

 

2.3.1 Перечень звеньев механизма: 

1 –  кривошип; 2 – шатун; 3 – ползун.

2.3.2 Перечень  кинематических  пар:

 

0–1  –  кинематическая  пара  5-го  класса, вращательная, низшая;

1–2   –  кинематическая  пара  5-го  класса,  вращательная, низшая;

2–3   –  кинематическая  пара  5-го  класса,  вращательная, низшая;

3–0   –  кинематическая  пара  5-го  класса,  поступательная, низшая;

2.3.3 Структурные группы:

        

       2–3.

 

Группа Ассура  2 класса , 2 порядка , 2 вида. 

0–1. 

 

Механизм 1 Кл.

Механизм относится  к механизмам 2-го  класса.

2.3.4 Структурная формула.

 
 

2.3.5 Определение степени подвижности механизма.

 

  Степень подвижности механизма определим по уравнению Чебышева

W= - - ,где – количество подвижных звеньев механизма;

, – количество кинематических пар 4-го и 5-го классов.

   Для механизма, что исследуется, количество подвижных звеньев =3, кинематических пар 5-го класса, =4, кинематические пары 4-го класса отсутствуют. Имеем: W=3*3–2*4=1.

   Для работы механизму необходима только одно ведущее звено, так как степень подвижности равна единице. 

1. Определение длины звеньев.

     Схема механизма 

                            

   Определим длину r и l , которые находятся по следующим формулам:

Входные параметры  берем из листа задания.

  ; ;

;

;

 
 
 
 
 

Связь между  средней скоростью ползуна и  частотой вращения кривошипа выражается формулой:

; ;

об/мин;

 Угловая скорость кривошипа:

  ;

 Положение центра масс на звене ВС:

  l_BS2=0.35×l_BC=0.35×499,8=174,93(мм); 

   2.4.2 Выбор масштабов.  Описание построения планов положения механизма и диаграммы. 

 При графическом методе на чертеже изображаются звенья механизма в виде отрезков определенной длинны (в миллиметрах), соответствующих длине звеньев  в ед. СИ, и кинематические пары, связывающие  звенья между собой в виде условных обозначений. Для построения планов положения механизма выбираем масштабный коэффициент длины:€

                  μ_l=Действ./Черт.=3 (мм/мм);

 Длины отрезков на чертеже:

         АВ=l₁/μ_l=149,94/3=49,98(мм); - принимаем равным 50(мм);

 ВС=l₂/μ_l=499,8/3=166,6(мм) - принимаем равным 167(мм);

   BS₂=l_BS2/μ_l=174,93/3=58,31(мм) - принимаем равным 58(мм);

 Основная  система координат XOY связана со стойкой, а ее начало совпадает с осью вращения А входного звена 1. Обобщенной координатой φ₁ механизма является угол поворота входного начального звена 1.

 Угол  поворота считается положительным  при отсчете против часовой стрелке, отрицательным – по часовой стрелки.

 Траекторию  точки В звена 1 (окружность) делим на 12 равных частей. 

 2.5 Описание определения кинематических характеристик рычажного механизма.

   Описание построения  планов скоростей. 

 Необходимо  построить планы скоростей для 12 положений механизма и определить длины отрезков, изображающих скорости на планах.

 Между скоростями точек и аналогами  скоростей существует пропорциональная зависимость, значит для построения планов скоростей воспользуемся векторными  уравнениями.

 Скорость  точки В (кривошипа):

                                        V_B=ω_k×l₁=39,9×0,15= 5,985(м/c);

 Масштабный  коэффициент плана скоростей:

                                        μ_v=0.1 (м/c·мм)

 При построении планов аналогов скоростей длина отрезка pb будет равна:

                                         pb=V_B/μ_v=5,985/0.1=59,85(мм) – примем pb=60мм 
 

  так как V_В^АВ, значит pb^АВ в каждом положении.

 Для построения плана скорости точки С

    – векторное уравнение.

  где: 

 Решаем графически.

  , где pc – аналог скорости точки С.

 Строим  аналог скорости центра масс – точки  S₂(отрезок ps₂). По теореме подобия получаем:

 bs₂/BS₂=bc/BC, значит bs₂=bc×BS₂/BC=0.35×bc;

 По полученным данным строим план скоростей.

 На  планах скоростей измеряем длины соответствующих векторов. Полученные значения заносим в таблицу 1.

 Таблица 1:

 

 2.6 Динамическая модель машинного агрегата. 

   В связи  с необходимостью в данном проекте  выполнения динамического анализа  кривошипно-ползунного механизма целесообразно  динамическую модель машинного агрегата представить в виде вращающегося звена (звена приведения), закон движения которого был бы таким же, как и у кривошипа 1 рычажного механизма , т. е. , , .

   Для этого  звену приведения  приписывается  приведенный момент инерции 

    - переменная, по величине составляющая от масс и моментов инерции звеньев, характеризуемых переменными по величине аналогами скоростей.

    -постоянная составляющая от  звеньев, характеризующих постоянными по величине передаточными функциями.

   Определение ее величины является целью динамического  анализа  
 
 

   машинного агрегата по коэффициенту неравномерности  δ.

   Приведенный момент сил M_n представим в виде:

   

    -приведенный момент сил сопротивления.

    -приведенный момент движущих  сил, принимается в проекте постоянным. Приведенный момент инерции агрегата определяется из условия равенства кинематической энергии звена приведения и кинетической энергии звеньев машинного агрегата, характеризуемых переменными по величине аналогами скоростей, а приведенный момент М_n находится из условия равенства элементарных работ этого момента и тех действующих сил, которые приводятся к звену приведения. 

   2.7. Расчет приведенных моментов инерции. 

 Приведенный момент инерции механизма I_пр представляет собой момент инерции, которым должно обладать звено приведения относительно оси его вращения, чтобы кинетическая энергия этого звена была равна сумме кинетических энергий всех звеньев механизма. Суммарный приведенный момент инерции механизма I_пр представляет собой сумму приведенных моментов инерции всех подвижных звеньев механизма.

учитывая, что 

w₁= ; ω₂= ;

;

J_a =0,152 кг∙м²; J_S2=0,636 кг∙м²; m₁=22,49 кг, m₂=14,99 кг, m₃ =22,49 кг

подставляя в  формулу данные выражения и числовые значения, после преобразования получим  следующее выражение: Подставляя pc, bc, ps₂ соответственно, заносим в таблицу 2 полученные значения.

Например

 
 
 
 
 
 
 

              
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

            2.8.     Расчет приведенных моментов сил. 

 Рассчитываем приведенные моменты сил по формуле:

 

 Cos(α)=cos(Vs2 ^G2)

 G₃=m₃*g=9.81*22,49=220,63 H;

 G₂=m₂*g=9.81*14,99=147,05 Н;

C помощью данных таблиц 2 находим значение М_пр.

Таблица 3: 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.9. Описание построения диаграмм приведенных моментов инерции, моментов сил, диаграмм работ, изменения кинетической энергии, диаграммы Виттенбауэра. 

 По  данным таблицы 2 строим диаграмму приведенных  моментов инерции I_пр(j) в масштабе m_Iпр=0.01 (кг×м²/мм); m_j=0.0523 (рад/мм).

 В масштабе m_Mпр=1 (Н×м/мм) строим диаграмму приведенных моментов сил.

 Диаграмма работ движущих сил А_д(j) – прямая линия, соединяющая начало координат с последней точкой диаграммы  А_с(j), так как момент движущих сил М_д=const:

 

 В масштабе

 m_А=6,276(Дж/мм),

 в соответствии с выражением DТ=А_д-А_с строим диаграмму избыточных работ (изменения кинетической энергии) в масштабе m_Dт=6,276(Дж/мм) .

 Диаграмму Виттенбауэра строим при помощи диаграмм избыточных работ DТ(j) и приведенного момента инерции I_пр(j) исключая общий параметр j: DТ(I_пр). 

   2.10. Определение момента  инерции маховика  и его параметров. 

 По  заданному коэффициенту неравномерности вращения кривошипа d=0.16 и средней угловой скорости определяем углы b_max и b_min, образованных касательными к диаграмме Виттенбауэра с осью абсцисс.

  (с^-1);

  ; ;

  ; .

На диаграмме DТ (I_пр) под углами и проводим касательные до пересечения с осью DТ в точках k,l.

 Величина  отрезка kl=155 (мм). Момент инерции маховика находим по формуле:

    (кг×м²).  

2.11. Расчет истинной  угловой скорости  начального звена. 

  ;

  (Дж). 
 
 

 Определяем  для каждого положения w_I:

  ;

 Полученные  значения w_I  наносим на график w=w(j), приняв масштабный коэффициент m_w=1(с^-1/мм) в соответствии с таблицей.

 Таблица 4

 

   

149,7рад/с   126,7рад/с 

Выполняем проверку по коэффициенту неравномерности  вращения кривошипа: 

                                                

                        или 16,3%