Механизм двигателя с передачей к насосу


Министерство образования  РФ

СТИ НИЯУ МИФИ

 

 

 

Кафедра ТМиГ

 

 

 

 

 

 

МЕХАНИЗМ ДВИГАТЕЛЯ С ПЕРЕДАЧЕЙ  К НАСОСУ

Пояснительная записка

ТММ 180. 22. 03.00 ПЗ

 

 

 

 

 

 

Преподаватель:

_____

«_____»  _________2012г.

Студент группы :

________

«_____» ________ 2012г.

 

 

 

 

 

 

 

Северск – 2012


СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………………..3

Задание……..…………...………………………………………………………..….…4

1Данныедля расчёта………………………………………………………….………..4

2 Дополнительные данные для силового расчета…………………………….……..4

3Структурный расчет.……… ………………………………………………………...5

4Кинематический расчёт……………………………………………...……………....7

5 Силовой расчёт………………………………………………….…………………...15

Заключение…………………………………………………………..…………………21

Литература…………………………………………………………….…...……….......21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

ВВЕДЕНИЕ

 

Теория машин и механизмов есть наука, изучающая строение, кинематику и динамику механизмов и машин.

Проблема теории механизмов и машин могут быть разбиты  на две группы. Первая группа посвящена  исследованию механизмов и машин. Вторая группа проблем механизмов и машин посвящена проектированию новых механизмов и машин для осуществления заданных движений.

Движение механизмов и машин зависит от сил на них  действующих. Поэтому удобнее при  изложении теории механизмов и машин  разбить на две части:

1) структура и кинематика механизмовя;

2) динамика механизмов и машин.

Структура и кинематика механизма имеет своей целью  изучение теории строении механизма, исследование движения их элементов с геометрической точки зрения независимо от их сил, вызывающих движение этих механизмов, а также изучение механизмов их свойств, проектировании механизмов по заданным кинематическим условиям.

Динамика механизмов и машин имеют своей целью  изучение методов определения сил, действующих на элементы механизмов и машин в процессе их движения этих элементов, силами на них действующих и массами которыми обладают эти механизмы.

Графическое определение  скоростей и ускорений точек  плоской неизменяемой фигуры, движущейся в своей плоскости, производится путём построения планов скоростей и ускорений этой фигуры, а также построением графиков. Задача кинематического расчета механизма заключается в том, чтобы определить линейные скорости и ускорения точек звеньев, а также угловые скорости и угловые ускорения всех звеньев механизма.

Силовой расчёт механизмов состоит в определении уравновешивающего момента на ведущем звене механизма.

Динамический расчёт сводится к исследованию движения механизма  под действием заданных сил и  определению закона движения начального звена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

1 ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

 

Данные для  расчета приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 –  Данные для расчета

 

а

b

lAB

lBC

lCD

lDE

lDK

lEF

P3max

P4max

м

рад

рад/с

кН

0,24

0,48

0,08

0,4

0,2

0,24

0,12

0,26

20

15

0,5


 

 

2 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ СИЛОВОГО РАСЧЕТА

 

При расчете  условно принять, что:

а) масса долбяка (резцовой призмы) поперечного –  строительного и долбёжного станка, а также масса ползуна пресса:

где х –  ход соответствующего звена, м;

б) масса поршня в двигателе и компрессоре  равна массе шатуна;

в) масса остальных звеньев:

        (1)

где a - коэффициент пропорциональности, кг/м2;

      l – длина звена, м.

 

Ориентировочные величины коэффициентов a выбрать в следующих пределах:

шатуны…………………………………………………………………..15-30 кг/м2;

коромысла……………………………………………………………….30-60 кг/м2;

кулисы…………………………………………………………………….100-200 кг/м2;

кривошипы и  подвижные щели дробинок…………………………400-800 кг/м2.

 

г) момент инерции звеньев:

       (2)

где m и l – масса (кг) и длина звена (м);

     b » 0,1 – для шатунов, коромысел, кулис, и подвижных щек дробилок;

     b » 0,4 – для кривошипов.

 

 

 

 

 

3 СТРУКТУРНЫЙ  РАСЧЕТ

 

3.1 Структурный анализ механизма

3.1.1 Название звеньев:

1 – кривошип, так как  совершает полное вращательное  движение относительно точки  А;

2 – шатун, так как совершает вращательно-поступательное движение;


3 – ползун, так как совершает поступательное движение;

4 – шатун, так как совершает вращательно-поступательное движение;

5 – коромысло, так как совершает не полное вращательное движение относительно неподвижной точки F.

 

3.2 Определение степени подвижности

Степень подвижности механизма W, определим по формуле Чебышева

     (3)

где n – число подвижных звеньев;

     q1 – число одноподвижных кинематических пар;

     q2 – число двух подвижных кинематических пар.

 

Для данного  механизма:

n=5;

q1=7;

q2=0.

 

Подставляем эти значения в формулу (3), получим

то есть степень подвижности данного механизма равна единице.

 

3.3 Строение механизма по Ассуру.

Строение механизма  по Ассуру представлено в таблице 2.

 

Формула строения механизма по Ассуру:

,

 

где В - вращательная кинематическая пара (к.п.);

П – поступательная к.п..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 –  Строение механизма по Ассуру

 

 

Группа Ассура

 

Название группы. Формула строения

 

Оставленная часть

 

n=2; q1=3;

 

 

 

Двухзвенная группа с тремя вращательными  кинематическими парамами

n=3; q1=4;

 

n=2; q1=3;

 

 

 

 

Двухзвенная группа с двумя вращательными и одной внешней поступательной

Начальный  вращательный механизм


 

 

 

 

 

4 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

 

4.1 Построение  планов положений

Строим планы  положений для двенадцати положений, при которых начальное звено при каждом положении поворачивается на 300. Центры тяжести звеньев условно принимаем в центрах тяжести фигур, их изображающих на схеме механизма. За исходное, нулевое положение механизма  принимаем положение, при котором j1 = 0°. Заданное положение механизма    принимаем положение, при котором j1 = p/6.

Схема механизма  в двенадцати положениях представлена на рисунке 1.


4.2 Построение кинематических графиков.

Для кинематического  исследования механизмов за полный цикл движения, применяют метод, заключающиеся в построении кинематических графиков: положения, первой передаточной функции, второй передаточной функции.

В построение кинематических графиков проводится для звена 3.

 

4.2.1 Построение  графика перемещений точки F

График функции положения строится следующим образом: по оси абсцисс в масштабе откладывается двенадцать равных отрезков, а по оси ординат откладывается ход движения ползуна в масштабе .

График перемещения  точки F изображен на рисунке 1[ТММ 850.24.01.00 ПЗ, лист 1].

Масштаб .

Определение масштаба

где - расстояние от 0 до 12 мм, [ТММ 850.24.01.00 ПЗ, лист 1].

 

4.2.2 Построение графика  первой передаточной функции

График  первой передаточной функции строится следующим образом: по оси абсцисс так же  в масштабе откладывается двенадцать равных отрезков. К каждой точке из графика перемещений проводим касательную, эту касательную линию переносим в точку Н1 ,(определяющую расстояние до точки в которую переносятся касательные). Точка, в которой касательная пересекает ось ординат, проводится отрезок параллельный оси абсцисс, до пересечения с соответствующей точкой, в которой была проведена данная касательная.


График первой передаточной функции изображен на рисунке 1[ТММ 850.24.01.00 ПЗ, лист 1].

 

 

 

 

Масштаб определяется по формуле

;

 

4.2.3 Построение графика  второй передаточной функции

График второй передаточной  функции строится следующим образом: так же по оси абсцисс откладывается двенадцать отрезков. К каждой точке из графика первой передаточной функции проводим касательную, эту касательную линию переносим в точку Н2 (расстояние до точки в которую переносятся касательные). Точка, в которой касательная пересекает ось ординат, проводится отрезок параллельный оси абсцисс, до пересечения с соответствующей точкой, в которой была проведена данная касательная.

График второй передаточной функции изображен на рисунке 1 [ТММ 850.24.01.00 ПЗ, лист 1].

Масштаб определяется по формуле

;

 

4.2.4 Определение крайнего (мертвого) положения

Для данного механизма  крайним положением будет точка 0,12.

 

4.2.5 Построение плана скорости для заданного положения механизма (положение 1).

Угловая скорость является постоянной величиной.

 

Скорость  точки В по модулю равна

,

где - длина звена АВ, м.

Эта скорость направлена перпендикулярно АВ в  сторону вращения звена 1.

 

Скорость точки D, как точки, принадлежащей звену 2, на основании зависимости между скоростями точек плоской фигуры, движущейся в своей плоскости, определяется равенством

    (4)

где - скорость точки В (абсолютная);

   - скорость точки D во вращательном движении звена 2 вокруг точки В (относительная скорость); .

 

С другой стороны точка  D принадлежит звену 4, тогда

     (5)

где - скорость точки F (абсолютная), ;

    - скорость точки D во вращательном движении звена 4 вокруг точки F (относительная скорость);


 

Для определения скорости точки D решим совместно (4) и (5). Решение выполним графическим методом: построением плана скоростей.

Выберем масштаб  скорости .В плоскости чертежа выбираем полюс от которого в направлении вектора скорости откладываем отрезок , , изображающий в масштабе скорость точки В. Так как скорость а модуль её неизвестен, то через точку В проводим только линию действия (линию, перпендикулярную DВ) вектора скорости . Точка F лежит в полюсе потому, что . Так как скорость а модуль так же неизвестен, то через полюс проводим линию действия вектора скорости , перпендикулярную DF. Точку взаимного пересечения этих линий обозначим буквой «d», а вектор выходящий из полюса , конец которого лежит в точке «d», и будет абсолютной скоростью точки D. Тогда модуль этой скорости равен

.

 

Модуль скорости точки «е» равен

.

 

Скорость точки C, как точки, принадлежащей звену 2 определяется равенством

,     (6)

где   - скорость точки Е (абсолютная);

      - скорость точки C во вращательном движении звена 2 вокруг точки E (относительная скорость), .

С другой стороны, точка C принадлежит ползуну 3, который совершает возвратно-поступательное движение (то есть горизонтально).


Для определения  скорости точки C решим совместно уравнение (6) и условие, что ползун движется горизонтально.

Вектор выходящий из полюса , конец которого лежит в точке «c», будет абсолютной скоростью точки C. Тогда модуль этой скорости равен

.

Модуль скорости точки «k» равен

.

 

План скоростей  для заданного положения (положение 1) показан [ТММ 850.24.01.00 ПЗ, лист 1].

 

Определение скоростей центров тяжести звеньев.

Скорость центра тяжести звена 1 равна

.

 

Скорость центра тяжести звена 2 равна

,

где S2 – точка, находящаяся по середине отрезка «bc».

 

Скорость центра тяжести  звена 4 равна

,

где S4 – точка, находящаяся по середине отрезка «pvb».

 

Скорость центра тяжести звена 5 равна

,

где S5 – точка, находящаяся по середине отрезка «pve».

 

Скорость центра тяжести  звена 3 равна

.

 

Определение угловых скоростей  звеньев..

Угловая скорость звена 2 равна

 

.

Направление угловой скорости w2 звена 2 совпадает с ходом часовой стрелки.

 


 

Угловая скорость звена 4 равна

 

.

Направление угловой скорости w3 звена 3 совпадает с ходом часовой стрелки.

 

Угловая скорость звена 5 равна

.

Направление угловой скорости w5 звена 5 совпадает с ходом часовой стрелки.

 

Аналогично  находим значение для крайнего положения механизма (положение 0,12). Полученные данные для двух положений приведены в таблице 3.

Таблица 3 –  Скорости точек и угловые скорости звеньев

 

 

Номер

положения

 

VB

 

VC

 

VD

 

VE

 

VK

 

 

 

м/с

рад/с

1

1,6

0,93

1,13

0,83

0,87

3,5

3,86

3,19

0,12

1,6

0

0,8

0,8

0,8

4

0

3,08


 

4.2.6 Построение плана  ускорений для заданного положения механизма (положение 1)

Ускорение точки  В равно:

.

Ускорение точки  В направлена по АВ от точки В  к точки А.

.

 

Ускорение точки  С, как точки, принадлежащей звену 2, на основании зависимости между  ускорениями точек плоской фигуры, движущейся в своей плоскости, определяется равенством

     (7)

где - ускорение точки В (абсолютная);

     - нормальная составляющая ускорения точки С во вращательном движении звена 2 вокруг точки В (нормальная составляющая относительного ускорения), она направлена по СВ от точки С к точки В;

;

     - тангенциальная составляющая ускорения точки С во вращательном движении звена 2 вокруг точки В (тангенциальная составляющая относительного движения), она направлена перпендикулярно ВС;

здесь – угловое ускорение звена 2;

 

 


С другой стороны, точка C принадлежит звену 3 (ползуна), которое совершает возвратно-поступательное движение вдоль прямой AC.

Следовательно, ускорение  точки C должно быть направлено вдоль прямой AC, то есть

    (8)

Для определения ускорения точки С решим совместно (7) и (8). Решение выполним графическим методом: построением плана ускорений.

Выберем масштаб  ускорения  . В плоскости чертежа выберем полюс , от которого в направление вектора ускорения откладываем отрезок , , изображающий в масштабе скорость точки В.

Согласно (7) к концу вектора должен быть приложен вектор . Поэтому на плане ускорений от точки «b`» в направлении вектора ускорения откладываем отрезок

.

Согласно уравнению (7) к концу вектора  должен быть приложен вектор .Поэтому на плане ускорений через точку n проводим линию действия этого вектора перпендикулярную CB. Поэтому через полюс p’ проводимлинию действия вектора ускорения точки C, параллельную AC. Точка c’ должна лежать также и на этой линии. Следовательно, пересечение линии действия дает точку c’.

Соединив полюс p’ с точкой c’, получим вектор , который изображает ускорение . Модуль этого ускорения равен

Модуль этого  уравнения равен

.

 

Вектор  на плане ускорений изображает  тангенсальное ускорение точки С во вращательное движении звена 2 вокруг точки B.

Модуль ускорения  равен:

     (9)

Так как  , то угловое ускорение звена 2 равно

;

.

Ускорение точки D с помощью использования свойства подобия плана ускорений. Так как точка D находится в середине звена BC, поэтому в плане ускорений в середине отрезка отмечаем точку, которую обозначаем d’, вектор p’d’, изображает ускорение точки D в масштабе .

Модуль ускорения  точки D равен


Определяем ускорение  точки E.

Точка E принадлежит звену 2, тогда

,

где  и направлено по ED от точки E к точке D;

Точка E принадлежит звену 4, следовательно

Модуль ускорения  точки E равен:

Модуль ускорения точки K равен:

 

Определяем  угловые ускорения  и звеньев 4 и 5.

Угловые ускорения  звеньев 4 и 5 равны

а их направление  при заданном положении механизма  указано на [ТММ 850.24.01.00 ПЗ, лист 2].

Результаты  расчета сведем в таблицу 4


Аналогично  находим значение для крайнего положения  механизма (положение 0,12). Полученные данные для двух положений приведены в таблице 4.

Таблица 4 –  Ускорение точек и угловые  ускорения звеньев

 

 

Номер

положения

 

WB

 

WC

 

WD

 

WE

 

WK

 

 

 

м/с2

рад/с2

1

32

31

30

7,3

15,5

38,8

129,2

26

0,12

32

38,4

35,2

8,6

17

0

158,3

30,8


 

 

4.2.7 Нахождение погрешности

Сравниваем  результаты определения скоростей  и ускорения по методу графиков и  методу планов для звена 5. Ошибки вычисляют  по формулам

   (10)

.    (11)

где - скорость и ускорение, определяемые для заданного положения по соответствующим кинематическим графикам;

     - скорость и ускорение, определяемые для заданного положения по планам скоростей и ускорений;

     - максимальная (по модулю) скорость и максимальное (по модулю) ускорение, определяемые по графикам скорости и ускорения.

 

Определение погрешности скоростей для заданного положения по формуле (10)

;

 

Определение погрешности ускорений для заданного положения по формуле (11)

 

Расхождение результатов по планам и графикам не должно превосходить:

график –  план скоростей…………………4%

график –  план ускорений…………………7%

Как видим из расчетов, погрешности не превысили 4% для скоростей и 7% для ускорений.

 


5 СИЛОВОЙ РАСЧЕТ

 

Определение реакций во всех кинематических парах  механизма методом планов сил  в заданном положении механизма.

Реакции в  кинематических парах будем определять без учета сил трения.

 

5.1 Определение  дополнительных данных для силового  расчета

5.1.1 Определение  масс звеньев

Для определения  масс звеньев воспользуемся формулой (1).

;

 

5.1.2 Определение  моментов инерции звеньев

Для определения  моментов инерции воспользуемся  формулой (2).

;

;

;

.

 

5.1.3 Определение весовой силы звеньев

Для определения  весовой силы воспользуемся формулой

,

где g=9,81 – ускорение свободного падения.

;

;

;

;

;

5.1.4 Определение  силы инерции

Для определения  силы инерции воспользуемся формулой

,   (12)

Значение силы инерции вычисленное по формуле (12) берется по модулю.

;

;

;

;

.

 

5.1.4 Определение  момента инерции

Для определения  момента инерции воспользуемся  формулой

,   (13)


 

Значение момента  инерции вычисленное по формуле (13) берется по модулю.

;

;

;

;

 

5.2 Силовой  расчет механизма для заданного положения (положение 1)

5.2.1 Отсоединяем группу звеньев 2-4 от стойки и звена 1. Вычертим эту группу звеньев при заданном положении механизма (смотри рисунок 4).

Для того чтобы  воспользоваться принципом Даламбера, приложим к звеньям силы реакций  связей со стороны стойки и силы инерции звеньев этой группы.

В центрах масс звеньев 2 и 4 проведем линии действия сил инерции и , которые параллельны ускорениям центров тяжести этих звеньев и силы направим противоположно направлению этих ускорений. И там же приложим силы тяжести этих звеньев. К звену 2 приложим момент сил инерции , направив его противоположно угловому ускорению e2 этого звена.

Тогда система  всех сил, приложенных к звеньям 2 и 4, на основании принципа Даламбера, уравновешена.

Таким образом, динамическая задача сведена по форме  решения к задаче статики. Следовательно, неизвестные реакции в кинематических парах могут быть определены методом статики твердого тела.

Определим реакции  в кинематических парах методом  планов сил. Для этого составим алгебраическую сумму моментов всех сил, приложенных к звену 2, относительно точки C. Эта сумма на основании принципа Даламбера будет равна нулю, т.е.

 (14)

Из уравнения (14) находим :

.

Далее составляем условие равновесия сил, действующих на группу звеньев:

  (15)

Построив план сил согласно уравнению (15), определим неизвестные реакции.

Для построения плана сил выбираем масштаб сил  . Из произвольной точки, «а» откладываем вектор , изображающий силу . Согласно уравнению (15), из точки «b» откладываем вектор , изображающий силу и т.д. Так как силовой многоугольник должен быть замкнут, то проведем через точку «а» линию действия силы , а через точку «f» – линию действия силы . Продолжим эти вектора до их взаимного пересечения. Данный силовой многоугольник показан на рисунке 5.

 

Из силового многоугольника (изображенного на рисунке 5) определим реакцию в шарнире с учетом масштаба, получим

.


5.2.2 Отсоединим группу звеньев 0-5. Вычертим эту группу звеньев при заданном положении механизма (смотри рисунок 6).

Так же прикладываем все известные и неизвестные силы.

Определим реакции  в кинематических парах методом  планов сил. Для этого составим алгебраическую сумму моментов всех сил, приложенных  к звеньям относительно точки  С. Эти суммы на основании принципа Даламбера будут равны нулю, т.е.

Механизм двигателя с передачей к насосу 📙 Курсовая → 🆔 130024

Механизм двигателя с передачей к насосу 📙 Курсовая → 🆔 130024

Механизм двигателя с передачей к насосу