Анализ работы плоского рычажного механизма

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра инженерной и компьютерной графики

КУРСОВАЯ РАБОТА

Пояснительная записка

Тема работы: "Анализ работы плоского рычажного механизма"

Руководитель роботы: Выполнил:

ст. группы БТМАС - 03 - 1

Евстратов Н.Д.

Харьков 2009

Содержание

Введение

Исходные данные

1. Динамический анализ механизма

1.1 Структурный анализ механизма

1.1.1 Структурная схема механизма

1.1.2 Перечень звеньев механизма

1.1.3 Определение степени подвижности механизма

1.2 Кинематический анализ механизма

1.2.1 Определение скоростей точек и звеньев механизма

1.2.2 Определение ускорений точек и звеньев механизма

1.3 Силовой анализ механизма

1.3.1 Расчет сил и главных моментов инерции звеньев механизма

1.3.2 Определение реакций в кинематических парах

2. Проектный расчет на прочность

2.1 Выбор расчетной схемы

2.2 Построение эпюр

2.2.1 Построение эпюры Эп Nz

2.2.2 Построение эпюры Эп Qy

2.2.3 Построение эпюры Эп Mx

2.3 Подбор материала и сечений

3. Выводы

4. Список литературы

Введение

Целью выполнения данной курсовой работы является закрепление теоретических сведений, полученных при изучении курса "Механика", приобретение конструкторских навыков при проектировании рычажных механизмов.

Для определения конструктивных размеров и расчета элементов кинематических пар на прочность необходимо вычислить силы, действующие на каждое звено и структурную группу.

Целью динамического анализа является:

определение сил и моментов, действующих на звенья механизма, кинематические пары и неподвижные опоры. И выявление способов уменьшения динамических нагрузок, возникающих во время действия механизма;

изучение режимов движения механизма под действием заданных сил и выявления способов, обеспечивающих заданные режимы движения.

Целью расчета звеньев механизма на прочность является оценка прочности элементов механизма с дальнейшим подбором оптимальных размеров сечений звеньев и предложением материала для их изготовления.

Исходные данные

Схема № 5

Вариант № 5

Положение механизма № 3

1. ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА

1.1 СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА

1.1.1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МЕХАНИЗМА

Рисунок 1.1. - Кинематическая схема механизма

Для изучения движения механизма необходимо знать его структуру: количество звеньев, количество и классы кинематических пар. Необходимыми также являются знания о взаимном расположении звеньев. Поэтому первым этапом кинематического анализа является построение кинематической схемы механизма. В данной курсовой работе рассмотрен механизм схемы № 5. Её построение выполнено в масштабе ?l = 0,001 м.

Определить характер движения звеньев механизма можно с помощью плана положений. Построения плана начинается с черчения неподвижных опор B и D. Дальше строится траектория движения ведущего звена АВ (окружность) и на ней отмечаются двенадцать положений звена АС через каждые 300 , начиная с того положения, которое соответствует самому верхнему положению ползуна, которое мы и принимаем за нулевое. По условию необходимо рассмотреть данный механизм в положении № 3. Кинематическая схема механизма приведена в заданном положении на рисунке 1.1.

1.1.2 ПЕРЕЧИСЛЕНИЕ ЗВЕНЬЕВ МЕХАНИЗМА

Рассмотрев характер движения, в механизме можно выделить следующие звенья:

1. - кривошип;

2. - шатун;

3. - коромысло;

- кривошип;

- ползун;

- стойка;

- стойка;

Звенья механизма соединены кинематическими парами:

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

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

2-4 - кинематическая пара 5-го класса, вращательная;

3-5 - кинематическая пара 5-го класса, вращательная;

6-1 - кинематическая пара 5-го класса, вращательная;

7-4 - кинематическая пара 5-го класса, вращательная;

3-5 - кинематическая пара 5-го класса, поступательная.

1.1.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ПОДВИЖНОСТИ МЕХАНИЗМА

Разбиваем механизм на группы Ассура. Это показано на рисунке 1.2. Степень подвижности механизма определяем по уравнению Чебышева:

W = 3n - 2p5 - p4 (1.1.1),

где n - количество подвижных звеньев механизма;

p5, p4 - количество кинематических пар 4-го и 5-го класса.

Для данного механизма количество подвижных звеньев n = 5, кинематических пар 5-го класса p5 = 7; кинематические пары 4-го класса отсутствуют p4 = 0.

W = 3·5 - 2·7 = 1

Так как степень подвижности механизма равна 1, то для работы данного механизма необходимо одно ведущее звено.

Рисунок 1.2. - Структурные группы механизма

1.2 Кинематический анализ механизма

1.2.1 Определение скоростей точек и звеньев механизма

Для определения скоростей точек и звеньев заданного механизма воспользуемся методом планов скоростей.

Планом скоростей называется диаграмма, на которой изображены векторы скоростей точек плоского механизма.

Определим угловую скорость ведущего звена АВ по формуле:

= 2? · n /60 = 2 · 3,14 · 850 / 60 = 89 c-1 (1.2.1),

где n - частота вращения.

Построение планов скоростей начинаем со скорости точки А ведущего звена АB. Учитывая, что угловая скорость ведущего звена известна, скорость точки А определим из уравнения :

VА = AB lAB = 89 0,034 = 3,026 м/ c-1 (1.2.2),

где lAB - длина звена АB м.

На плоскости черчения определяем полюс Pv, в котором будут находится точки B и D - неподвижные опоры данного механизма. Из полюса проводим вектор а в общем случае произвольной длины, а для конкретно данной задачи а = 151,3 мм, который отвечает скорости VА, в направлении перпендикулярном положению звена АВ вдоль AB. Вычислим масштабный коэффициент µv по формуле:

µv = VА / Pva = 3,026 : 151,3 = 0,02 м/ ммс (1.2.3),

где VА - скорость точки А м/с;

Pva- длина вектора на плане скоростей мм.

Для определения скорости точки C воспользуемся условием её принадлежности звену - АС и DC.Скорость точки С определяется из системы векторных уравнений:

Вектор скорости точки В будет результатом общего решения двух векторных уравнений . В уравнении (1.2.4) первая составляющая VA известна по направлению, а про скорость VCA известно лишь то, что она перпендикулярна звену СА. Потому для дальнейшего построения рядом с точкой а проводится линия, которая перпендикулярна AC.

Абсолютное значение скорости VC определяется из уравнения:

VC = Pvс · µv = 152 · 0,02 = 3,04 м/с (1.2.6),

где Pvс - длина вектора мм.

Соединим на плане скоростей векторы a и с. Этот вектор и является вектором ас, который соответствует звену АС на плане механизма. Т.к. точка Е принадлежит вектору АС, а соответственно и вектору ас на плане скоростей, то для нахождения ее положения на векторе ас будет справедливо:

lАС / lЕС = ас / ес (1.2.7),

ес = 30 · 12 / 90 = 4 мм .

где lЕС - длина звена ЕС;

ес - длина вектора на плане скоростей.

Длина вектора, что соединяет полюс с точкой е, соответствует скорости Ve, численное значение которой равно:

Ve = Pvе · µv = 152,5 · 0,02 = 3,05 м/с (1.2.8)

Для определения скорости точки F воспользуемся условием её принадлежности точке Е. Скорость точки F определяется из уравнения:

VF=VE+VFE (1.2.9)

В этой векторной сумме нам известна скорость точки Е, найденная из уравнения (1.2.9), о другой составляющей этого уравнения - VFE нам известно только то, что траектория движения этого вектора перпендикулярна звену FE. Зная это условие , перенесем на план скоростей линию перпендикулярную по направлению к звену FE, которая бы проходила через точку е. Для того, чтобы составить второе уравнение для скорости VF необходимо определить точку F0. Тогда скорость VF будет равна:

VF=VF0+VFF0 (1.2.10)

Скорость точки F0 равна нулю, потому на плане точка f0 будет находится в полюсе. Скорость VFF0 направлена вдоль движения ползуна. На плане этой скорости будет отвечать линия, которая направлена из полюса перпендикулярно вниз. На пересечении этой линии и линии, которая перпендикулярна звену FE, находится точка f.

Численно скорость VF равна:

Vf = Pvf · µv = 46 · 0,02 = 0,92 м/с (1.2.11),

где, Pvf - длина вектора, который соединяет полюс с точкой f.

Расставим на плане скоростей центры масс каждого звена данного механизма. Для звена BA вектор центра масс S1 на плане скоростей будет направлен из полюса вдоль вектора ba величиной равной его половине.

Численное значение скорости VS1 равно:

VS1 = Pv S1· µv = 76 · 0,02 = 1,52 м/с (1.2.12)

Для звена АС вектор его центра масс S2 на плане скоростей будет направлен из полюса в точку соответствующую середине отрезка ас.

Численное значение скорости VS2 равно:

VS2 = Pv S2· µv = 152 · 0,02 = 3,04 м/с (1.2.13).

Вектор центра масс S3 звена ЕF на плане скоростей будет направлен из полюса в точку соответствующую середине отрезка еf на плане скоростей.

Численное значение скорости VS3 равно:

VS3 = Pv S3· µv = 89 · 0,02 = 1,78 м/с (1.2.14).

Для звена DC вектор центра масс S4 на плане скоростей будет направлен из полюса вдоль вектора dc величиной равной его половине.

Численное значение скорости VS4 равно:

VS4 = Pv S4· µv = 76 · 0,02 = 1,52 м/с (1.2.15).

С помощью плана скоростей можно определить угловые скорости звеньев механизма. Угловая скорость звена АС равна:

АС = VAC / lAC = 0,24 / 0,09 = 2,6 c-1 (1.2.16),

где lAC - длина звена;

VAC - скорость движения точки А относительно точки С. Ее численное значение равно:

VAC = ac · µv = 12 · 0,02 = 0,24 м/с (1.2.17),

где ac - длина отрезка, который соединяет точки a и с на плане скоростей.

Аналогично для звена EF вычислим его угловую скорость EF :

EF = VEF / lEF = ef · µv / lEF = 135 · 0,02/ 0,11 = 24,5 c-1 (1.2.18),

где lEF - длина звена; VEF - скорость движения точки E относительно точки F.

Для звена CD угловая скорость CD вычисляется по формуле:

СD = VCD / lCD = dc · µv / lCD = 152 · 0,02/ 0,06 = 50,6 c-1 (1.2.19),

где lCD - длина звена; VCD - скорость движения точки C относительно точки D.

Полученные данные при построении плана скоростей занесем в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Страницы: 1, 2, 3, 4