Исследование механизмов графоаналитическим методом

Размещено на http://allbest.ru

Введение

механизм кинематический двигатель

В данном курсовом проекте требуется исследовать рычажный механизм, который включает вопросы по структурному, кинематическому и динамическому исследованию механизма заданной рабочей машины.

Исследование рычажного механизма выполняется графоаналитическим методом: в пояснительной записке приводятся аналитические зависимости определения параметров механизма, результаты расчетов, их анализ, а графическое решение поставленных задач оформляется как приложение в виде чертежа.

1. Структурный анализ рычажного механизма

Рассмотрим кривошипно-ползунный механизм.

Рисунок 1. Механизм четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

Данный механизм состоит из следующих звеньев:

0 - стойка

1 - звено АС - кривошип

2 - звено АВ - шатун

3 - звено В - ползун

4 - звено СD - шатун

5 - звено D - ползун

Пронумеровав звенья механизма, находим их подвижные соединения (кинематические пары), которые обозначаем заглавными буквами латинского алфавита.

Таблица 1.1

Схема	Номера звеньев, название	Класс, подвижность	Вид контакта, замыкание
	0-1 вращательная	5/1	поверхность низшая, геометрическое
	2-3 вращательная	5/1	поверхность низшая, геометрическое
	0-3 поступательная	5/1	поверхность низшая, геометрическое
	1-2 вращательная	5/1	поверхность низшая, геометрическое
	1-4 вращательная	5/1	поверхность низшая, геометрическое
	4-5 вращательная	5/1	поверхность низшая, геометрическое
	0-5 поступательная	5/1	поверхность низшая, геометрическое

Определим степень подвижности механизма W по формуле Чебышева:

W=3n-2P₅ , (1.1)

W=3·5-2·7=1

где n=5 - число подвижных звеньев;

P₅=7 - число кинематических пар 5-го класса.

Выделяем механизм , состоящий из звеньев 4 и 5, n=2, p₅=3 и определяем его подвижность:

W=3·2-2·3=0

Данная группа является структурной группой Ассура.

Выделяем механизм, состоящий из звеньев 2 и 3, и определяем его подвижность:

W=3·2-2·3=0

Данная группа является структурной группой Ассура.

В результате после отсоединения двух групп Ассура остался первичный механизм - звенья 0 и 1, n= 1, p₅=1 и определяем его подвижность по формуле (1.1):

W=3·1-2·1=1

Кривошипно-ползунный механизм образован первичным механизмом и двумя структурными группами:

М=ПМ+СГ₁+СГ₂.

2. Кинематическое исследование рычажного механизма

2.1Построение планов механизма

Для построения планов механизма задаемся крайним положением кривошипа.

Строим план положений для восьми положений кривошипа.

Для построения чертежа возьмем отрезок, который будет изображать кривошип ОА на чертеже, равным 23 миллиметра.

Определим масштабный коэффициент:

м_L== 0,0026 м/мм

Представим размеры остальных звеньев в виде отрезков:

АВ==86 мм

ОС=== 23 мм

CD = == 86 мм

По полученным величинам в выбранном масштабе коэффициента длин выполняем метрический синтез кинематической схемы кривошипно-ползунного механизма в следующей последовательности:

1) В произвольном месте выбираем точку О, характеризующую положение стойки .

2) Откладываем параметр ОА=ОС=23 мм.

3) Из точки А проводим прямую, равную 86 мм до пересечения с горизонтальной прямой. Пересечение этих прямых будет точка D, B.

4) Операцию повторяем 8 раз для каждого положения.

2.2 Построение планов скоростей механизма

Построение плана скоростей механизма

Необходимый расчет:

Частота вращения кривошипа ОА

n₁=4900 об/мин

Угловая скорость кривошипа ОА

Модуль вектора скорости А,С

Выберем равным 61,4 мм и рассчитаем масштабный коэффициент

Порядок построения плана скоростей:

1. Чертим заданное положения кривошипа ОА, а именно под углом

2. В произвольном месте выбираем точку и называем ее полюсом, Pv. Откладываем вектор b равный 37 мм. Следовательно откладывает вектор d, равный 37 мм.

3. Определим скорость точки D. Для этого составим векторное уравнение.

В этом уравнении V_C известно по величине и направлению.

Проводим из полюса линию параллельную OD.

4. Определим скорость точки В. Для этого составим векторное уравнение.

Строим линию перпендикулярно шатуну AB линия вдоль которой направлена скорость точки В относительно А. Так как скорость точки S₃ равна нулю, то ее помещаем в полюс p_v. Точка В относительно S₃ движется поступательно, параллельно. Строим линию движения В до пересечения с линией, вдоль которой направлена скорость точки В относительно А. Получаем вектор p_vb.

Вектор скорости точки D строится аналогично вектору скорости точки В.

Скорость точки S₂ находится из условия = 0,007

Аналогично находим сs₄ и строим вектор скорости V_s4.

Измеряем длину отрезков:

аb=50 мм

сd=50 мм

30,7 мм

30,7 мм

Измерив вектора определим скорости центра масс

V_S2=V_S4 = * =0.5*50 = 25 м/с

Определим угловую скорость шатуна ВA

Определим угловую скорость шатуна CD

Полученные значения сводим в таблицу

	VA	VAB	VB	VCD	VS2	VS4
512,9	30,7	25	15,35	25	25	25	108,7	108,7

2.3 Построение плана ускорений

Так как скорость вращения постоянна, то касательное ускорение точки A равно нулю, и, следовательно, полное ускорение точки A равно только нормальному ускорению.

Выберем равным 100 и найдем масштабный коэффициент плана ускорений.

Направление вектора ускорения точки А .

Ускорение точки В описывается следующей системой уравнений:

Нормальная составляющая ускорения точки В относительно точки А определяется по формуле:

,

где V_BA - скорость с плана скоростей, умноженная на масштабный коэффициент плана скоростей;

|AB| - длина шатуна АВ.

Полученное значение нормального ускорения делим на масштабный коэффициент плана ускорений.



Полученное значение вектора откладываем из полюса параллельно АВ, по направлению к А. Через конец вектора нормального ускорения строим линию, вдоль которой направлено тангенциальное ускорение , перпендикулярно .

Переходим ко второму уравнению. Ускорение точки S₃ равно нулю, помещаем его в полюс плана ускорений. Строим линию, вдоль которой движется точка В относительно S₃, и на пересечении с линией тангенциального ускорения получаем точку b. Проводим вектор p_аb.

Вектор ускорения точки D строится аналогично вектору ускорения В.

Ускорение точки S₂ находим из подобия

= 0,007

На отрезке ab откладываем расстояние as₂ и из полюса проводим вектор ускорения точки S₂.

Аналогично находим cs₄ и строим вектор ускорения точки S₄.

Ускорения точек О и S₅ равны нулю, следовательно их помещаем в полюс p_а.

Находим величину угловых ускорений звеньев 2 и 4.

=

Полученные данные сводим в таблицу.

					ad	ab	as2	as4	E2	E4
15784	17,2	50	17,2	50	15405,148	15405,184	15085,68	15085,68	34313	34313

3. Силовой расчет рычажного механизма

Определим силы и моменты инерции звеньев по формуле:

F_ui=m_i·a_si, (3.1)

Звено1: F_u1=0; M_u1=0;

Звено2: Fu2=m₂·as₂=0,35·15247,34=5336,56Н;

Mu2=Js₂·E₂=0,003·34313 =102,93H;

Звено3: Fu3=m₃·ab=0,42·15405,18=6470,17Н;

Звено 4: Fu4=m₄·as₄=0,35·15247,34=5336,56 Н;

Mu2=Js₄·E₄=0,003·34313=102,93H;

Звено 5: Fu5=m₅·ad=0,42·15405,184=6470,17 Н

Строим группу Ассура в принятом масштабе, состоящую из двух звеньев 4 и 5. И прикладываем к этой схеме силы, действующие на нее:F_u4,F_u5, P, G4, G5, Mu4.

Сила инерции четвертого звена будет приложена к точке подвеса Т, для того чтобы определить местоположение точки подвеса Т, необходимо определить местоположение точки качания четвертого звена. Точку качания К₄ определим по формуле:

L_S4K4=, (3.2)

L_S4K4=м.

Определим эту величину на чертеже:

S₄K₄=, (3.3)

S₄K₄== 42,30 мм.

Откладываем эту величину от точки S₄, по звену в сторону точки D. Проводим через центр масс линию параллельную ускорению центра масс аS₄.Необходимо определить силу реакции: F_R54.

Для определения касательной составляющей силы реакции составим уравнение моментов сил относительно точки D

=0 (3.4)

Выберем равным 10 мм и определим величину масштабного коэффициента плана сил:

Представим все остальные силы в виде отрезков:

ab¦F_u4¦== 45,17 мм;

bc¦F_u5¦== 54,77 мм;

cd¦P¦= = 90,9 мм.

Измерим длины отрезков и умножим на масштабный коэффициент:

P_Ff()=236,25*5= 1181,25 Н;

df()=236,25*6,5= 1535,62 Н;

af()=236,25*10,9=2575,126 Н;

Определим реакцию пятого звена на четвертое. Для этого составим уравнение сил, действующих на четвертое звено:

Соединим на плане сил точку bи f. Измерим длину отрезка b и f определим величину силы :

=м_F·bf=236,25*40= 9450 Н.

Рассчитываем двухповодковую группу Ассура 1-ого вида (звенья 2 и 3), для этого строим группу Ассура в принятом нами масштабе, состоящую из двух звеньев 2 и 3.

Сила инерции второго и третьего звена будет приложена к точке подвеса Т₂ и к центру масс S₂, для того чтобы определить местоположение точек подвеса Т, необходимо определить местоположение точки качания второго звена. Точку качания К₂ определим по формуле:

L_S2K2== (3.7)

Определим эту величину на чертеже:

S₂K₂= (3.8)

Откладываем эту величину от точки S₂.

Составим уравнения равновесия каждого звена в отдельности:

=0 (3.9)



=10 мм.

Определим величину масштабного коэффициента плана сил:

м_F=118,12 Н/мм.

Представим все остальные силы в виде отрезков:

ab¦F_u2¦==45,17 мм;

bc¦F_u5¦== 54,77 мм.

cd¦P¦= = 90,9 мм;

Измерим длины отрезков и умножим на масштабный коэффициент:

P_Ff()=236,25·5=1181,2 Н;

df()=236,25·6,5=1535,12 Н;

af()=236,25·10,9=2575,125 Н.

Соединим на плане сил точку b и f. Измерим длину отрезка b и f определим величину силы :

=м_F·bf=236,25·40=9450 Н.

Для силового расчета ведущего звена вычертим его в принятом масштабе и приложим силы, действующие на него: F_R32 и F_R54 и F_y.

Для определения уравновешивающей силы составим уравнение сил, относительно точки О:

=0, (3.12)

F_у*L_OA- F_R32*h1- F_R54*h2=0,

F_у=,

F_у==6407 Н.

Найдем масштабный коэффициент :

Представим силы в виде отрезков:

F_R32=F_R54==29,25 мм.

Измерим отрезок P_Fb и умножим на масштабный коэффициент:

F_R01=м_F·P_Fb=29,13*290=8680 Н.

Полученные значения сводим в таблицу:

Таблица 3.1

	Fу					FR01
1181,25	6407	9450	1767,4	1535,12	9450	8680	1181,25

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был исследован механизм двухцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, который включал вопросы по структурному, кинематическому и динамическому исследованию механизма.

Исследование рычажного механизма выполнено графоаналитическим методом: в пояснительной записке приведены аналитические зависимости параметров механизма, результаты расчетов, их анализ, а графическое решение поставленных задач оформлено как приложение в виде чертежа.

Список используемой литературы

1. Смелягин А.И. Теория механизмов и машин / под ред. А.И. Смелягин. - М.: ИНФРА - М, 2014. - 263 с.

2. Дрыгин В.В., Козерод Ю.В. Единая система конструкторской документации в курсовом и дипломном проектировании . Оформление текстовой документации / под ред. В.В. Дрыгин, Ю.В. Козерод. - М.: ДВГУПС, 2002. - 35 с.

3. Коновалова Ф.Г. Исследование рычажных механизмов / под ред. Ф.Г. Коновалова. - М.: ДВГУПС, 2011. - 57 с.

Размещено на Allbest.ru

...