Курсовая работа: Анализ и синтез механизмов
Курсовая работа: 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.