Аналіз механізмів автономної пересувної водоперекачуючої установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська державна академія залізничного транспорту

Кафедра МПМ

Пояснювальна записка та розрахунки

Проектування і дослідження механізмів автономної пересувної водоперекачуючої установки

Виконала:

Н. С. Харченко

Керівник:

В. С. Тіщенко

2006

Зміст

Вступ

1. Проектування та дослідження кривошипно-шатунного механізму

1.1 Вихідні дані

1.2 Структурний аналіз

1.3 Кінематичний аналіз

1.4 Силовий розрахунок

2. Синтез зубчатого зачеплення

3. Проектування кулачкового механізму

Список літератури

Вступ

Теорія механізмів і машин - наука, яка вивчає загальні методи структурного і динамічного аналізу і синтезу різноманітних механізмів, механіку машин.

Курс теорії механізмів і машин є введенням в спеціальність майбутнього інженера і тому має інженерну направленість, в ньому широко використовується сучасний математичний апарат та вивчаються практичні прийоми рішення задач аналізу і синтезу механізмів - аналітичні із застосуванням ЕОМ, графічні та графоаналітичні.

Машина - це пристрій, який виконує механічні рухи для перетворення енергії, матеріалів та інформації з метою заміни або полегшення фізичного та розумової праці людини. В технологічних машинах (металообробні станки та комплекси, ковально-пресове обладнання, прокатні стани, ливарне обладнання) змінюється форма, розміри, властивості, стан вихідних матеріалів і заготовок. З транспортних машин і пристроїв відбувається переміщення вантажів, інструментів, людей та інших об'єктів у просторі з потрібною швидкістю. В енергетичних машинах відбувається перетворення енергії. В інформаційних машинах відбувається перетворення введеної інформації для контролю, регулювання та управління рухом.

Машина здійснює свій робочий процес шляхом виконання закономірних механічних рухів. Носієм цих рухів є механізм. Виходячи з цього механізм є система твердих тіл, рухомо з'єднаних шляхом дотику і рухаючись визначеним потрібним способом відносно одного з них, прийнятого за нерухоме. Багато механізмів виконують функцію перетворення механічного руху твердих тіл.

1. Проектування та дослідження кривошипно-шатунного механізму

1.1 Вихідні дані

частота обертання початкової ланки n1=4000хв-1;

довжина початкової ланки lOA=0,048 м;

співвідношення довжин ланок lAB/lOA=3,65 ;

положення центра ваги шатуна lAS2/lAB=0,5;

діаметр циліндра d=0.076 м;

координата розрахункового положення механізму ц1=120°;

максимальний тиск у циліндрі ДВЗ pmax=2,7 Mпа;

вага поршня G3=3,8 Н;

вага шатуна G2=4,9 Н;

момент інерції шатуна АВ відносно центра ваги Is2=0,0021 кг*мІ.

1.2 Структурний аналіз

Ступінь рухомості механізму визначається за формулою Чебишева

де n - число рухомих ланок; n=3;

р5 - число кінематичних пар 5 - го класу; р5=4;

р4 - число кінематичних пар 4 - го класу; р4=0.

1.3 Кінематичний аналіз

Метою кінематичного дослідження є побудова планів і траєкторій, що описують точки ланок, а також визначення швидкостей та прискорень точок і ланок механізму.

Планом механізму називається його масштабне зображення для визначення положення початкової ланки. Побудова плану виконується з виконанням метода засічок.

Швидкість точки А кривошипа

,

де щ1 - кутова швидкість

Масштаб плану швидкостей

Вектор приймаємо 100 мм.

Швидкість точки В

;

В цих рівняннях відомий за модулем і напрямком вектор швидкості точки А. Вектор відносної швидкості і абсолютної швидкості відомі за напрямком.

Вектор швидкості направлений перпендикулярно ланці АВ, а - за направленим рухом повзуна - вертикально.

Для визначення дійсних значень швидкостей, необхідно довжини відповідних векторів в міліметрах, взятих з плану швидкостей, помножити на масштаб мV:

Кутова швидкість шатуна

Прискорення точки А кривошипа ОА, що виконує рівномірний обертальний рух, включає тільки нормальну складову:

Прискорення зображується вектором , де Ра - полюс плану прискорень. Вектор направлений по ланці ОА до центру обертання, тобто до точки О.

Масштаб плану прискорень

Вектор приймається 84,12 мм.

Визначення прискорення точки В

;

Нормальна складова прискорення

Вектор направлений вздовж ланки АВ від точки В до А. Вектор направлений перпендикулярно ланці АВ, а - вертикально (за напрямком руху повзуна). Для розв'язання векторних рівнянь з точки Ра плану прискорень паралельно АВ у напрямку від точки В до А відкладається вектор .

Довжина вектора

Дійсні значення прискорень визначаються як добуток довжин відповідних векторів, взятих з плану прискорень, на масштаб плану прискорень:

;

;

.

Кутове прискорення шатуна

Напрямок е2 визначається шляхом переносу вектора прискорення в точку В ланки 2.

1.4 Силовий розрахунок

Основним завданням силового розрахунку механізму є визначення реакцій у кінематичних парах та зрівноважувальної сили або зрівноважувального моменту. У першому наближенні силовий розрахунок виконується без урахування сили тертя. Силовий розрахунок механізму, що розглядається, виконується кінетостатичним методом, в основі якого лежить принцип Деламбера: якщо до зовнішніх сил, що діють на механічну систему, умовно додати сили інерції, то таку механічну систему можливо розглядати як таку, що знаходиться у стані умовної рівноваги. Цей метод є формальним математичним прийомом, що дозволяє записати рівняння рівноваги для визначення невідомих реакцій у кінематичних парах механізму.

В загальному випадку, якщо ланка здійснює плоско-паралельний рух, сили інерції зводяться до головного вектора сил інерції , прикладеного у центрі мас ланки і головного моменту сил інерції .

Головний вектор сил інерції має напрямок, протилежний вектору прискорення центра мас ;

.

Головний момент сил інерції направлений протилежно кутовому прискоренню е ланки АВ. кривошипний шатун зубчатий зачеплення

,

де - маса ланки;

G - вага ланки;

g - прискорення вільного падіння;

IS - момент інерції ланки відносно центра мас,

Для ланок з постійним поперечним перерізом

.

де l - довжина ланки.

Інерційні навантаження для ланок кривошипно-шатунного механізму

;

;

;

;

.

Рушійна сила для заданого положення механізму

Рівняння рівноваги для визначення складової Ж:

Рівняння сил, що діють на групу 2 - 3, .

Повна реакція в шарнірі А

.

Рівняння рівноваги сил для шатуна

.

;

;

На ланку діють дві реакції та .

З умов рівноваги . Реакції і утворюють пару, момент якої повинен врівноважуватись моментом МЗР, що прикладений з боку робочої машини, тому що привод робочої машини здійснюється через муфту.

2. Синтез зубчатого зачеплення

Вихідні дані:

модуль зачеплення m=5 мм;

кількість зубців шестерні z1=18;

передаточне відношення .

Коефіцієнти зміщення

х1=0,871; х2=0,579;

Кут зачеплення

,

;

;

Міжосьова відстань

,

де - ділильна міжосьова відстань.

;

;

;

Коефіцієнт зміщення, що сприймається

;

;

Коефіцієнт рівняльного зміщення

;

;

Радіуси ділильних кіл

;

;

;

Радіуси основних кіл

;

Радіуси початкових кіл

;



Радіуси кіл вершин

;

Радіуси кіл западин

;

Висота зубця

;

Перевірка розрахунку h за формулою

;



Коловий ділильний крок

;

Товщина зубців за дугою ділильного кола

;

Товщина зубців за дугою кола вершин



Товщина зубців за дугою початкового кола

;

Товщина зубців за дугою основного кола

;

Коефіцієнт перекриття

;

;

Визначений коефіцієнт перекриття е повинен задовольняти умову

,

Де еДОП =1,1...1,2

Значення коефіцієнтів питомих ковзань

,

,

Де - передаточне відношення зубчатої передачі,

,

,

,

W - довжина лінії зачеплення N1 N2 , W=152мм

Х - відстань від точки N1 до точки, що розглядається.

Таблиця 1 - Значення коефіцієнтів питомих ковзань

Х
0	-?	1
10	-9,92	0,908
20	-4,075	0,803
30	-2,127	0,68
40	-1,153	0,536
50	-0,569	0,363
60	-0,179	0,152
70	0,099	-0,11
80	0,308	-0,444
90	0,47	-0,887
100	0,6	-1,5
110	0,706	-2,405
120	0,795	-3,875
130	0,87	-6,682
140	0,934	-14,167
150	0,99	-?

Перевірка коефіцієнта перекриття

3. Проектування кулачкового механізму

Метою даного розділу є одержання профілю кулачка, який би забезпечив потрібні закони поступального руху роликового штовхача.

До складу кулачкового механізму входять чотири рухомі ланки: кулачок, ролик, штовхач, стояк, які утворюють чотири кінематичні пари. Ступінь рухомості механізму визначається за формулою Чебишева

Причому один ступінь рухомості основний (рух штовхача за стояком), а другий - місцевий (обертання ролика навколо осі), який не впливає на основний рух.

Однією з задач, які вирішуються при проектуванні кулачкового механізму, є розрахунок поточних значень переміщень s, швидкостей v та прискорень a штовхача відповідно до кута оберту кулачка ц за даним законом прискорень штовхача a=f(ц).

Графік відповідає «прямокутному» закону змінення прискорень штовхача, при якому кулачковий механізм працює з «м'якими» ударами. Для цього закону кінематичні характеристики розраховуються окремо для ділянок додатніх (ц1) і від'ємних прискорень (ц2). При цьому потрібно ураховувати, що ц1=ц2=цв/2.

Ділянка додатних прискорень 0 ? ц ? ц1



де - аналог найбільших додатних прискорень штовхача,

- аналог найбільшої швидкості штовхача,

- найбільший заданий хід штовхача, мм;

- кутова швидкість обертання кулачка, рад/с;

n - задана частота обертання кулачка.

Ділянка від'ємних прискорень 0 ? ц ? ц2

де - аналог найбільших від'ємних прискорень штовхача,



Підставляючи у наведені формули поточні значення кута оберту кулачка з певним кроком змінення Дц (рекомендується Дц=5°), виконується розрахунок відповідних значень кінематичних характеристик для всього кута віддалення цн. При цьому всі кутові величини у всіх формулах (ц, ц1, ц2, цн) обов'язково ураховувати в радіанах.

Визначення геометричних параметрів кулачкового механізму виконується з урахуванням обмеження за найбільшим кутом тиску

Список літератури

1.Теория механизмов и машин / под ред. К. В. Фролова. - М.: Высшая школа, 1987.

2. Методичні забезпечення дослідження важільних механізмів в курсовому проектуванні та при виконанні контрольних робіт з дисциплін «Теорія механізмів і машин» і «Прикладна механіка» / В.І. Мороз, В. І. Іщенко, В. В. Ліньков, В.К. Євтушенко. - Харків: УкрДАЗТ, 2002.

3. Методичне забезпечення синтезу зубчатих та кулачкових механізмів у курсовому проектуванні з дисципліни «Теорія механізмів і машин» і «Прикладна механіка» для студентів всіх форм навчання / В.І. Мороз, О. В. Братченко, В.К. Євтушенко. - Харків: ХарДАЗТ, 2000.

Размещено на Allbest.ru

...