Кинематический расчёт кривошипно-ползунного механизма
Построение структурной схемы рычажного механизма. Разложение механического устройства на группы Ассура. Анализ кинематических пар штамповочной машины. Вычисления числа степеней подвижности. Определение линейных и угловых скоростей и ускорений звеньев.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.02.2019 |
| Размер файла | 382,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Кинематический расчёт кривошипно-ползунного механизма
по дисциплине «Теория механизмов и машин»
Выполнил:
Проверил:
к.т.н., доцент Никитина Л.И.
Тюмень, 2016 г.
Задача 1. Выполнение структурного анализа механизма
Рассматриваемый рычажный механизм состоит из стойки 01, кривошипа 1, шатуна 2, ползуна 3, шатуна 4, ползуна 5, стойки 6 (рис. 1).
1. Структурная схема механизма
Рис. 1- Механизм штамповочной машины
2. Звенья механизма
|
Звено ззвзвеназвена |
Наименование |
Подвижность |
Число подвижных звеньев |
|
|
1 |
Кривошип |
Подвижное |
n=5 |
|
|
2 |
Шатун |
Подвижное |
||
|
3 |
Ползун |
Подвижное |
||
|
4 |
Шатун |
Подвижное |
||
|
5 |
Ползун |
Подвижное |
||
|
6 |
Стойка |
Неподвижное |
Перечислим все одноподвижные пары:
- кривошип 1 образует вращательную пару со стойкой и шатуном 2;
- шатун 2 входит во вращательную пару с ползуном 3 и во вращательную пару с шатуном 4;
- ползун 5 входит во вращательную пару с шатуном 4 и в поступательную пару со стойкой 6.
3. Кинематические пары
|
Обозначение на структурной схеме |
Соединяемые Звенья |
Вид |
Тип пары |
Индекс пары |
||
|
Характер соприкосновения |
Степень подвижности |
|||||
|
О1 (стойка 01- кривошип 1) |
1,6 |
Вращательн. |
Низшая |
Одноподвижная |
||
|
А (кривошип 1 -шатун 2) |
1,2 |
Вращательн. |
Низшая |
Одноподвижная |
ВА(1,2) |
|
|
B (шатун 2 - ползун 3) |
2,3 |
Вращательн. |
Низшая |
Одноподвижная |
ВВ(2,3) |
|
|
B (ползун 3 - стойка) |
3,6 |
Поступатель. |
Низшая |
Одноподвижная |
ПВ(3,6) |
|
|
C (шатун 2 - шатун 4) |
2,4 |
Вращательн. |
Низшая |
Одноподвижная |
ВС(2,4) |
|
|
D (шатун 4 - ползун 5) |
5,6 |
Вращательн. |
Низшая |
Одноподвижная |
ВD(4,5) |
|
|
D (ползун 5 - стойка 6) |
4,5 |
Поступательн. |
Низшая |
Одноподвижная |
ПD(5,6) |
Таким образом, число подвижных звеньев n = 5;
число одноподвижных пар p1 = 7.
4. Степень подвижности механизма
Кинематическая цепь механизма плоская, сложная, замкнутая.
Число степеней подвижности определяем по формуле Чебышева:
|
W = 3n 2p1 p2 = 35 27 0 = 1, |
(1) |
кинематический механизм рычажный ускорение
Исследуемый механизм имеет одну обобщенную координату: угол поворота начального звена
Для установления класса механизма, определим наивысший класс группы Аcсура, входящей в его состав.
5. Строение групп Асcура
а) Последняя группа Асcура
Вид ВВП, II класс, 2 порядок.
Структурная формула:
б) Предпоследняя группа Асcура
Вид ВВВ, II класс, 2 порядок.
Структурная формула:
в) Начальный механизм
I класс
Структурная формула:
6. Структурная формула всего механизма
Механизм образован последовательным присоединением к начальному звену двух структурных групп второго класса. Поэтому по классификации Ассура-Артоболевского, его следует отнести ко второму классу.
Рис. 2 - Структурные группы механизма
Формула строения рассматриваемого механизма имеет следующий вид:
Класс всего механизма II, так как наивысший класс группы Ассура, входящей в данный механизм II.
Задача 2. Кинематический расчёт кривошипно-ползунного механизма. Определение скоростей точек звеньев для заданного положения механизма
Задание:
1. По заданным размерам построить кинематическую схему механизма в расчетном положении, которое определяется углом ц. Угол ц откладывается в направлении угловой скорости щ1 от оси О-О.
2. Определить скорости точек А, В и С. Для этого построить план скоростей.
3. Определить угловую скорость звена 2 щ2. Указать на схеме направление щ2 круговой стрелкой.
4. Определить ускорения точек А, В, С, S1, S2, S3. Для этого построить план ускорений. (Точки S1, S2, S3 - центры масс звеньев. Находятся на серединах полных длин соответствующих звеньев. Для ползуна 3 точки В и S3 совпадают).
5. Определить угловое ускорение звена 2 е2. Указать на схеме направление е2 круговой стрелкой.
Числовые данные для расчета
|
Величина |
Предпоследняя цифра |
|
|
5 |
||
|
ОА, мм |
26 |
|
|
АВ, мм |
80 |
|
|
АС, мм |
30 |
|
|
AS2, мм |
25 |
|
|
е, мм |
20 |
|
|
ц, град |
135 |
|
|
щ1, 1/сек |
40 |
Схемы кривошипно-ползунных механизмов
Решение: По исходным данным вычерчиваем схему механизма в произвольно выбранном масштабе.
Рис. - План механизма
С учетом того, что действительная длина входного звена lОА=0,026 м, примем длину отрезка, изображающего действительную величину звена АВ на чертеже равной 52 мм. Тогда расчетный масштаб построения схемы механизма определится как:
Размеры (в мм) остальных звеньев для их вычерчивания на схеме механизма определяем соответственно:
,
,
.
Определение линейных и угловых скоростей
Вектор скорости точки A направлен в сторону вращения щ1, перпендикулярно звену OА (см. план скоростей).
1. Определение скорости точки А. Из произвольно выбранной точки РV (полюс плана скоростей - начало отсчета) отложим перпендикулярно звену OА отрезок (РVa) = 104 мм: (выбирается произвольно), который на схеме изображает величину вектора скорости т. А (VА =1,04 м/с).
VA= щ1 lOA =40•0,26 =1,04 м/с
Масштаб плана скоростей
Следующая точка - точка B.
2. Определение скорости точки В. На основании теоремы о сложении скоростей в сложном движении точки B ее скорость VB будет определяться векторами скорости точки A (VA) и скорости VA/B (относительного вращательного движения точки B вокруг точки A).
Величина скорости VA/B неизвестна, т.к. не задано значение угловой скорости звена 2 щ2; при этом известно, что вектор данной скорости направлен перпендикулярно радиусу относительного вращения (т.е. звену AВ). Точка B движется возвратно-поступательно вдоль оси х-х, поэтому полный вектор VB скорости точки B направлен параллельно оси х-х
VB=VA+VA/B
VA/B=щ2•lAB
VA/B направлен + AB, VB // оси х-х
Из точки « a » плана скоростей проводим прямую перпендикулярно звену AВ, а из полюса РV - прямую, параллельно оси х-х (т.е. параллельно направляющей). Их пересечение определяет положение точки «b».
Направление векторов скоростей осуществляется в соответствии с векторным уравнением для точки B.
Значение скоростей VA/B и VB определяем из плана скоростей измерением отрезков (ab) и (РVb), и умножением этих значений на величину масштаба скорости kV
Из плана скоростей:
VA/B=(ab)•kV= 73,6 0,01= 0,74 м/с
VB=(PVb)•kV= 72,1·0,01= 0,72 м/с
3. Определение угловой скорости щ2 .Для определения направления угловой скорости щ2 необходимо условно перенести в точку В механизма вектор скорости VА/B, а точку А условно закрепить.
Тогда вектор VА/B будет вращать точку В относительно А по часовой стрелке.
рад/с
Положение точек « С », « S1», « S2 » и « S3 » на плане скоростей определяем на основании свойства подобия (скорости точек В и С при их вращении вокруг точки А соотносятся также, как и аналогичные отрезки).
Отсюда:
мм
От точки «а» на прямой (аb) отложить отрезок (ас)=27,6 мм и соединить полученную точку «с» с полюсом РV.
Вектор (PVс) графически изображает скорость точки С механизма
VС=(PVс)kV =(125,4)•0,01=1,25 м/с
Скорость точки С при ее вращении вокруг точки В
VС/B=(сb)•kV= (101,2)•0,01 =1,01 м/с
4. Определение скорости точки С. Скорость точки С при ее вращении вокруг точки А
VC/А=(cа)•kV=(27,6)•0,01=0,28 м/с
Точки центров тяжести S1 и S2 звеньев расположены посередине длин соответствующих звеньев, а центр тяжести S3 расположен в шарнире В.
Поэтому точки «S1» и «S2» будут расположены на плане скоростей посередине отрезков (PVа) и (cb), а скорость точки S3 будет равна скорости точки B.
Значения скоростей точек (в м/с) определяем из плана скоростей измерением соответствующих отрезков и умножением этих значений на величину масштаба.
Скорости точек центров тяжести S1 S2 и Sз звеньев( Vs1,Vs2 и Vs3)
Vs1 =(PVS1)•kV = (52)•0,01 =0,52 м/с
Vs2=(PV S2)•kV = (88,9)•0,01 = 0,89 м/с
Vs3 =VB = 0,72 м/с
Рисунок 3 - План скоростей
|
Скорость |
Отрезок на плане |
Направление |
Величина отрезка на плане, мм |
Масштабный коэффициент мV |
Значение скорости, м/с |
|
|
104 |
0,01 (м/с)/мм |
1,04 |
||||
|
72,1 |
0,72 |
|||||
|
ab |
73,6 |
0,74 |
||||
|
125,4 |
1,25 |
|||||
|
Против часовой стрелки |
9,2 |
Задача 3. Кинематический расчёт кривошипно-ползунного механизма. Определение ускорений точек звеньев для заданного положения механизма.
Определение линейных и угловых ускорений
1. Определение ускорения точки А. Рассмотрим группу Ассура 2-3 и определим линейные ускорения точек этой группы. Первой точкой является точка A. В общем виде ускорение любой точки можно представить как векторную сумму нормального аin и тангенциального аiф ускорений.
Абсолютная величина нормального ускорения равна
аin = щi2 • Ri,
где щi - угловая скорость звена (рад/с),
Ri- радиус вращения звена, м.
Вектор нормального ускорения направлен вдоль радиуса от точки к центру ее вращения.
Абсолютная величина тангенциального ускорения равна
аiф = еi•Ri,
где еi - угловое ускорение звена.
Вектор тангенциального ускорения направлен перпендикулярно нормальному ускорению (т.е. звену) в сторону углового ускорения.
Т.к. угловая скорость щ1 = const, то е1 = 0 aBф=0.
Следовательно, ускорение aA для точки A определится величиной нормального ускорения.
aA=aAn+aAф=aAn
aAn=щ12•lOA=402·0,026=41,6 м/с2 (направлено вдоль звена OA от точки A к точке O)
aAф=е1•lOA=0
(т.к. щ1 = const)
Из произвольной точки Ра (полюс плана ускорений - начало отсчета) отложить параллельно звену OA отрезок (Ра a)= 83,2 мм, который в масштабе kа изображает величину вектора ускорений точки A (cм. план ускорений).
Масштаб плана ускорений
0,5
Общее ускорение точки B складывается из ускорения точки A и ускорения точки B при ее вращении вокруг точки A.
2. Определение ускорения точки В. Ускорение точки B при ее вращении вокруг точки A (aB/A) может быть разложено на нормальное аB/An и тангенциальное аB/Aф ускорения, которые определяются согласно выражениям, приведенным выше.
Ускорение точки B
aB=aA+aB/A
aC=aA+aB/An+aB/Aф
Нормальное ускорение точки B при ее вращении вокруг точки A аB/A n определяем по формуле
aB/An=щ2 2•lAB= 9,22 •0,08 =6,77 (направлено // AB от точки B к точке A).
Тангенциальное ускорение точки B при ее вращении вокруг точки A
aB/Aф=е2•lAB
(aп2)= мм
Полученные уравнения решаем графоаналитическим методом.
Отрезок (an2) = 13,5 мм, представляющий в масштабе kа вектор ускорения аB/An, откладываем от точки « a » плана ускорений в направлении от точки B к точке A механизма (см. план ускорений).
Величина ускорения афB/A остается неизвестной, т.к. е2= ? Известно лишь, что афB/A +AB.
Поскольку нормальное и тангенциальное ускорения взаимно перпендикулярны, то через точку n2 плана ускорений проводим прямую, перпендикулярную отрезку (an2) до пересечения с осью х-х - линией действия ускорения точки B, проведенной из полюса Р. Точку пересечения обозначаем «b».
Значения ускорений (м/с2) определяют из плана ускорений измерением соответствующих отрезков и умножением этих значений на величину масштаба плана ускорений kа.
аB/Aф=(n2b)•ka=(59,1)•0,5 = 29,55 м/с2
аB/A=(ba)•ka=(60,6)•0,5 = 30,3 м/с2
аB=(Pab)•ka= (73,5)•0,5 =36,75 м/с2
Для определения направления вектора углового ускорения е2 необходимо условно перенести вектор тангенциального ускорения aB/Aф в точку B механизма, а точку A - условно закрепить. Тогда искомый вектор будет вращать точку B относительно точки A против часовой стрелки.
Положение центров тяжести звеньев S1, S2 и S3,, а также точки C определяем на основании свойств планов скоростей и ускорений.
Отсюда
мм
От точки « c» на прямой (ab) отложим отрезок (ac)=22,7 мм. Соединим полученную точку « c» с полюсом плана ускорений Ра.
Значения ускорений точек S1, S2, S3 (в м/с2) определяем из плана ускорений измерением соответствующих отрезков и умножением этих значений на величину масштаба ускорений kа.
aC=(Pac)•ka= 96,8·0,5= 48,4 м/с2
aS1=(PaS1)•ka= 41,6·0,5=20,8 м/с2
aS2=(PaS2)•ka= 75,2·0,5=37,6 м/с2
Ускорение точки S3 равно ускорению точки B, т.к. центр тяжести S3 расположен в шарнире B
aS3= aB=36,75 м/с2
|
Ускорение |
Отрезок на плане |
Направление |
Длина отрезка на плане, мм |
Масштабный коэффициент |
Значение ускорения м/с2 |
|
|
83,2 |
0,5 (м/с2)/мм |
41,6 |
||||
|
73,5 |
36,75 |
|||||
|
96,8 |
48,4 |
|||||
|
13,5 |
6,77 |
|||||
|
59,1 |
29,55 |
|||||
|
60,6 |
30,3 |
|||||
|
41,6 |
20,8 |
|||||
|
75,2 |
37,6 |
|||||
|
Против часовой стрелки |
369,4 |
Рисунок 4 - План ускорений
Кинематическая схема механизма
План скоростей
План ускорений 0,5
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение линейных скоростей и ускорений точек рычажного механизма, а также угловых скоростей и ускорений звеньев, реакции в кинематических парах и уравновешивающую силу кривошипно-кулисного механизма. Построение графика перемещений толкателя.
курсовая работа [244,2 K], добавлен 15.02.2016Определение наименьшего числа зубьев. Исследование шарнирно-рычажного механизма. Расчет скоростей и угловых ускорений звеньев механизма. Определение усилий в кинематических парах. Исследование кривошипно-ползунного механизма. Построение схем и графиков.
курсовая работа [126,8 K], добавлен 25.07.2013Структурный и кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма. Определение линейных и угловых скоростей и ускорений. Расчет наибольшего тормозного усилия в тормозном устройстве; кинематических параметров привода редуктора, зубчатой передачи и валов.
контрольная работа [631,3 K], добавлен 22.03.2015Характеристика всех кинематических пар и степень подвижности механизма. Структурные группы Ассура, их класс и порядок. Линейные скорости и ускорения точек механизма, составление и анализ его кинематической схемы, расчет угловых ускорений и звеньев.
контрольная работа [27,6 K], добавлен 04.05.2015Структурный анализ рычажного механизма. Кинематическое исследование рычажного механизма графо-аналитическим методом. Определение скоростей и ускорений шарнирных точек, центров тяжести звеньев и угловых скоростей звеньев. Силовой расчёт устройства.
курсовая работа [800,0 K], добавлен 08.06.2011Синтез, структурный и кинематический анализ рычажного механизма. Построение планов положений механизма. Определение линейных скоростей характерных точек и угловых скоростей звеньев механизма методом планов. Синтез кулачкового и зубчатого механизмов.
курсовая работа [709,2 K], добавлен 02.06.2017Определение степени подвижности механизма. Вывод зависимостей для расчета кинематических параметров. Формирование динамической модели машины. Расчет коэффициента неравномерности хода машины без маховика. Определение истинных скоростей и ускорений.
курсовая работа [353,7 K], добавлен 01.11.2015Структурный анализ кривошипно-ползунного механизма. Построение планов положения, скоростей, ускорений и кинематических диаграмм. Определение результирующих сил инерции и уравновешивающей силы. Расчет момента инерции маховика. Синтез кулачкового механизма.
курсовая работа [522,4 K], добавлен 23.01.2013Построение плана положений механизма. Расчет скоростей кривошипно-ползунного механизма. Определение ускорений рычажных устройств. Поиск сил, действующих на звенья и реакции в кинематических парах. Расчет мгновенной мощности и мгновенного КПД механизма.
курсовая работа [231,4 K], добавлен 24.12.2014Структурный анализ механизма, определение числа его начальных звеньев. Степень подвижности механизма по формуле Чебышева. Определение вида, класса и порядка структурной группы. Построение кинематических диаграмм. Силовой анализ исследуемого механизма.
курсовая работа [204,9 K], добавлен 22.12.2010Структурный анализ механизма, его звенья и кинематические пары. Определение скоростей и ускорений точек звеньев и угловых скоростей звеньев. Силовой расчет рычажного механизма. Определение сил тяжести звеньев, инерции, момента инерции, реакции R34n и N5.
курсовая работа [619,4 K], добавлен 12.11.2022Основы кинематического и кинетостатического исследования кривошипно-ползунного механизма. Разработка чертежей плана скоростей, ускорений и статистических моментов с последующим вычислением их величин. Построение годографа скорости кинематической пары.
курсовая работа [262,2 K], добавлен 14.06.2015Степень подвижности кривошипно-ползунного механизма. Построение планов его положений. Построение плана скоростей. Численные значения ускорений точек. Построение кинематических диаграмм точки В ползуна. Определение и расчет сил давления газов на поршень.
курсовая работа [1011,1 K], добавлен 18.06.2014Расчет внешних сил, реакций в кинематических парах, моментов инерции, построение планов скоростей и ускорений, действующих на каждое из звеньев плоского рычажного механизма. Оценка прочности звеньев механизма при помощи метода сечений, выбор материала.
курсовая работа [119,2 K], добавлен 29.08.2010Структурный и кинематический анализ механизма инерционного конвейера. Определение скоростей, ускорений всех точек и звеньев механизма методом планов. Синтез рычажного механизма. Расчет реакций в кинематических парах и сил, действующих на звенья механизма.
курсовая работа [314,9 K], добавлен 04.04.2014Структурный анализ механизма, определение степени подвижности и класса механизма по классификации Ассура. Кинематический анализ (планы скоростей и ускорений), силовой анализ (определение массогабаритных параметров звеньев, сил инерции и моментов пар).
курсовая работа [1,2 M], добавлен 02.01.2010Структурный и кинематический анализ рычажного механизма вытяжного пресса. Определение класса и разложение его на группы Асура. Построение планов положения механизмов, скоростей и ускорений. Определение уравновешивающей силы методом рычага Жуковского.
курсовая работа [164,7 K], добавлен 17.05.2015Структурный анализ рычажного механизма. Его кинематический анализ методом графического дифференцирования: определение скоростей звеньев, ускорений точек. Определение реакций в кинематических парах, и уравновешивающей силы методом Н.Е. Жуковского.
курсовая работа [42,4 K], добавлен 18.04.2015Схема рычажного механизма. Классификация кинематических пар. Определение степени подвижности механизма. Синтез механизма. Силовой расчёт рычажного механизма. Определение силы полезного сопротивления. Определение сил инерции и моментов сил инерции звеньев.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 10.01.2009Кинематический анализ рычажного механизма: описание построений плана положений, графо-аналитическое определение скоростей и ускорений, построение двенадцати положений механизма. Расчет сил тяжести, сил и моментов инерции звеньев, уравновешивающей силы.
курсовая работа [597,0 K], добавлен 14.07.2015
